[发明专利]一种大中心孔结构的磁电式绝对位置传感器及测量绝对位置的方法

摘要

一种大中心孔结构的磁电式绝对位置传感器及测量绝对位置的方法，涉及机器人控制领域。本发明是为了解决现有的位置传感器结构复杂、体积大、绝对位置测量精度低和可靠性差的问题。本发明所述磁环、磁环座和电路板均为圆环式结构，磁环贴合在磁环座上，磁环和磁环座构成磁码盘，磁码盘与电路板之间留有间隙且同轴相对安装，电路板固定在定子壳上，磁环上表面分别设有外圈主码道和内圈游标码道，电路板上集成采集芯片和信号处理电路，霍尔元件集成在采集芯片内，霍尔元件用于采集外圈主码道与内圈游标码道的磁极变化信息，由信号处理电路对磁场变化信息进行处理，输出绝对位置信息。它可用于对轻型机械臂关节的转角及转速的精确测量和对电机的控制。

主权项

根据一种大中心孔结构的磁电式绝对位置传感器实现的绝对位置测量方法，所述大中心孔结构的磁电式绝对位置传感器用于对轻型机械臂关节的转角及转速的精确测量，所述传感器包括磁环(1)、磁环座(6)、电路板(2)和定子壳(3)，定子壳(3)和磁环座(6)均为圆环式结构，且均围绕在圆筒(13)的外侧，在圆筒(13)的下端筒壁上固定有圆环式结构的一号磁环座(6‑1)，在一号磁环座(6‑1)的上端贴合有圆环式结构的二号磁环座(6‑2)，所述一号磁环座(6‑1)和二号磁环座(6‑2)构成磁环座，且一号磁环座(6‑1)和二号磁环座(6‑2)为一体件结构，一号磁环座(6‑1)的外径大于二号磁环座(6‑2)的外径，磁环(1)和电路板(2)均为圆环式结构，磁环(1)贴合在二号磁环座(6‑2)上，磁环(1)和磁环座构成磁码盘，磁码盘与电路板(2)同轴相对安装，且磁码盘和电路板(2)之间留有间隙，电路板(2)固定在定子壳(3)上，磁环(1)、磁环座(6)、电路板(2)位于定子壳(3)的内部，磁环(1)上表面均匀布置两圈码道，分别为外圈主码道(4)和内圈游标码道(5)，电路板(2)上集成有采集芯片和信号处理电路，霍尔元件集成在采集芯片内，霍尔元件用于采集外圈主码道(4)与内圈游标码道(5)的磁极变化信息，信号处理电路用于接收磁场变化信息，对磁场变化信息进行处理，输出绝对位置信息；测量方法为：当磁码盘与电路板(2)发生相对转动时，采用电路板(2)上的霍尔元件采集外圈主码道(4)与内圈游标码道(5)的磁极变化信息，由信号检测模块(8)接收磁极变化信息，输入给信号调理模块(9)，所得到的模拟信号经过信号处理模块(10)磁场变化信息进行处理，输出信号由数模转换模块(11)转换成数字信号，并通过通信模块(12)输出绝对位置信息；其特征在于，采用信号处理模块(10)对磁场变化信息进行处理，输出信号由数模转换模块(11)转换成数字信号，并通过通信模块(12)输出绝对位置信息的过程：信号处理电路检测磁极变化信息，该信息由周期不同的正/余弦信号组成，分别对应外圈主码道和内圈游标码道的磁极变化信息，外圈主码道和内圈游标码道相对于码盘中心所转过的角度分别表示为： 其中，mouter表示外圈主码道转过的磁极对数，minner表示内圈游标码道转过的磁极对数，pouter表示外圈主码道采集到的电压波形数据，pinner表示内圈游标码道采集到的电压波形数据，由于θouter＝θinner，可得， 由于所述磁码盘上外圈主码道(4)极对数比内圈游标码道(5)多一对极，即传感器转动完整一圈外圈主码道所采集的正余弦信号比内圈游标码道多一个完整周期，令外圈主码道和内圈游标码道极对数分别为n和n‑1， 当mouter＝minner＝m时， 当mouter＝minner+1＝m时， 由公式4和公式5计算外圈主码道绝对转角： 根据公式： 获得绝对位置PA。