[发明专利]一种通孔型编码器安全冗余系统及方法

说明书

本发明涉及编码器技术领域，具体涉及一种通孔型编码器安全冗余系统及方法，本发明在系统上电后，将编码器分成若干个大的区间得到粗码；利用游标码道N和主码道M的相位差得到次粗码和精码，并组成当前位置；通过电感数字转换器对电感线圈的涡流感应信号进行解算获得当前绝对位置；通过S3的绝对位置进行纠错，校正光学游标解算的错误位置信息；与多圈信号衔接，并通过RS485总线协议输出具有高安全冗余的数字信号。本发明发挥了光学编码器高精度和抗磁性，又避免了由污染引起的编码器安全风险。利用涡流感应式编码器对光学编码器进行纠错，校正，降低了因LED光源老化造成的编码器精度损失，提高编码器使用寿命。

技术领域

本发明涉及编码器技术领域，具体涉及一种通孔型编码器安全冗余系统及方法。

背景技术

根据检测原理编码器可分为光学式，磁式，感应试和电容式，简言之，光学编码器使用开槽码盘，与在一侧的光电磁上反向侧的LED光源组成。当码盘转动时，光路透过码盘投射到光电池上，光电池按码盘转动不同位置时按一定规律输出的数字量信息。

交流电流流过电感器时会产生交流磁场。如果将导电材料，如金属物体，带入电感器附近，磁场将在导体表面引起循环电流(涡流)如图1所示。

涡流产生自己的磁场，与电感线圈产生的原始磁场相反。这种效应相当于一组耦合电感，其中电感线圈为初级绕组，被测物体中的涡流为次级电感。由涡流引起的二次绕组的电阻和电感可以被等效为一次侧(线圈)上距离依赖的电阻和电感分量。图2表示了传感器和目标作为耦合线圈的简化电路。

涡流是导体距离、大小和形状组成的函数。如果码盘形状覆盖线圈的面积越大，拦截的电磁场就越大。随着截取更多的磁场通量，涡流增大，产生磁场的线圈的有效电感减小，LC振荡频率增大。

将被测码盘设计成偏心圆，线圈组A和B彼此90度放置于旋转码盘下方如图3所示。通过码盘旋转就可以得到如图4所示的A,B正余玄信号，对A,B信号解算可以测量360度的绝对旋转角度。

以最具代表性的光学编码器芯片制造商iC-HAUS的游标原理设计方案为例，采用了三个码道游标原理，分别是主码道M,游标码道N,段码道S。利用这三个正玄信号的相移，通过插补细分解算芯片就可以定义绝对位置的角度如图5所示.

非集成化设计方案，如图6所示光电池输出信号经模拟电路处理后进MCU解算编码器绝对位置，MCU正交计数计算霍尔信号得到编码器多圈信息。最后合成为多圈绝对位置编码信息。以RS485通讯输出方式发送给控制设备。

现有的光学编码器精度高，体积小，多年前就在国内得到广泛应用。但也仍然存在缺点，在工业应用等多尘且肮脏的环境中，污染物会堆积在码盘上，从而阻碍LED光透射到光电池上，因而极大地影响了光学编码器的精度和可靠性。

LED光源的使用寿命有限，随使用时间的延长光源会逐渐减弱，最终会损坏。从而导致编码器故障。

传统的磁式编码器设计结构是在机械轴的末端中心位置安装磁钢，和磁钢上端带有磁感芯片的PCB板组成。这种结构在通孔型编码器的中心孔设计中受到了限制，而且磁式编码器本身精度不高。因此通孔型编码器设计大都采用光学编码器的设计方案，即使采用了光学编码器的设计方案也不能避免灰尘和污垢的影响，因此对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求，使用寿命成本昂贵，而且安全冗余差，在许多工业应用受到了限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种通孔型编码器安全冗余系统及方法，为了让光学编码器既能发挥高精度特性，又能在灰尘，污垢及恶劣环境下安全运行。

本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明公开一种通孔型编码器安全冗余方法，包括以下步骤：

S1系统上电，将编码器分成若干个大的区间得到粗码；