全文摘要
本实用新型提供了一种编码承载器件及位置编码器装置，采用两个码道，实现绝对位置的编码，第一码道对绝对位置进行编码，第二码道产生周期性的正余弦信号，用于对位置信号进行细分，分辨率高。本实用新型采用少量的磁敏感元件，直接获取编码器的绝对位置，无需进行复杂的数学运算，即可获得绝对位置并进行细分，减少误码率，降低成本。
主设计要求
1.一种编码承载器件，其特征在于，包括至少第一编码区和第二编码区；所述第一编码区提供N个绝对位置信息，N为整数且≥2；所述第二编码区细分为N个周期性重复的重复编码区，每个所述重复编码区对应所述第一编码区提供的一个所述绝对位置信息；每个所述重复编码区提供一个所述绝对位置信息的细分位置信息。
设计方案
1.一种编码承载器件，其特征在于，包括至少第一编码区和第二编码区；
所述第一编码区提供N个绝对位置信息，N为整数且≥2；
所述第二编码区细分为N个周期性重复的重复编码区，每个所述重复编码区对应所述第一编码区提供的一个所述绝对位置信息；每个所述重复编码区提供一个所述绝对位置信息的细分位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第一编码区与所述第二编码区的排布形状及相对位置按照以下(1)或(2)的方式配置：
(1)所述第一编码区依第一圆形排布，所述第二编码区依第二圆形排布，所述第一圆形与所述第二圆形同心，或者，所述第一圆形的圆心在所述第二圆形所在平面上的投影与所述第二圆形的圆心重合；
(2)所述第一编码区依第一直线段排布，所述第二编码区依第二直线段排布，且所述第一直线段与所述第二直线段平行。
3.根据权利要求2所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第一编码区提供不同的至少第一类型信号与第二类型信号，所述第一类型信号与第二类型信号组合成编码用于提供N个所述绝对位置信息。
4.根据权利要求3所述的一种编码承载器件，其特征在于，若干个所述第一类型信号与所述第二类型信号以伪随机序列方式、格雷码编码方式、或者标准二进制编码方式之一进行组合编码，用于提供所述绝对位置信息。
5.根据权利要求3所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第一类型信号与所述第二类型信号是极性不同的磁信号，或者，是极性相同但强弱不同的磁信号。
6.根据权利要求5所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第一编码区包括以下(1)或(2)中的磁体：
(1)多个分体式磁体；
(2)一个第一单体式磁体，在所述第一单体式磁体的不同部位进行极性不同或强弱不同的磁化。
7.根据权利要求3所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第一类型信号与所述第二类型信号分别是不同的电信号、光信号或距离信号。
8.根据权利要求2所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第二编码区的每个所述重复编码区内的不同位置提供不同幅值信号。
9.根据权利要求8所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述重复编码区提供正弦信号、余弦信号或线性信号。
10.根据权利要求9所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第二编码区包括以下(1)或(2)中的磁体：
(1)若干个N极磁体与S极磁体依次交替排布，每个所述N极磁体与每个所述S极磁体分离；
(2)一个第二单体式磁体，在所述第二单体式磁体上带有依次交替的N极磁性区与S极磁性区。
11.根据权利要求2所述的一种编码承载器件，其特征在于，所述第二编码区产生周期性变化的信号，用来作为读取所述第一编码区的所述绝对位置信息的触发信号。
12.一种位置编码器装置，其特征在于，包括：
权利要求2～11任一项所述编码承载器件；
编码识读模块，用于识别并读取所述编码承载器件提供的所述绝对位置信息与所述细分位置信息；
编码分析模块，用于计算分析所述编码识读模块读取的所述绝对位置信息与所述细分位置信息。
13.根据权利要求12所述的一种位置编码器装置，其特征在于，所述编码识读模块包括两组编码识读单元，所述编码识读单元用于读取所述第一编码区的信号，两组所述编码识读单元按照以下(1)或(2)的方式配置：
(1)若所述第一编码区依所述第一圆形排布，两组所述编码识读单元依弧形排布；两组所述编码识读单元各自中心线相交在所述弧形的圆心形成的夹角定义为第一夹角，所述第二编码区的相邻两个所述重复编码区各自中心线相交形成的夹角定义为第二夹角；所述第一夹角的大小是所述第二夹角大小的(A+1)\/2倍，A为偶数且≥0；
(2)若所述第一编码区依第一直线段排布，两组所述编码识读单元依第三直线段排布；两组所述编码识读单元各自中心点的距离定义为第一距离，所述第二编码区的相邻两个所述重复编码区各自中心点的距离定义为第二距离；所述第一距离的大小是所述第二距离大小的(B+1)\/2倍，B为偶数且≥0。
14.根据权利要求13所述的一种位置编码器装置，其特征在于，所述B≤4。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种位置检测测量装置，特别是涉及一种角度和直线位移测量的绝对式编码器装置。
背景技术
专利申请号为201380012921.3的实用新型专利公开了一种磁电位置传感器装置，该实用新型专利有一个码道，同时码道具有两个磁化区域，产生与位置相关的单一信号，通过磁化区域的宽度进行编码，如图1所示。为了获得传感器的绝对位置信号及提高分辨率，需要对信号进行傅里叶变换，提取绝对位置信号和位置细分的信号，如图2所示。该专利的缺点体现在两个方面：(1)为了获得准确的位置信号，需要更多的敏感元件对位置进行采集；(2)绝对位置和细分位置信号的获得需要对采集信号进行傅里叶变换，多了数学计算过程，降低了位置计算的准确度，误码率高，同时需要性能更好的微处理器进行计算，增加了成本。
专利申请号为200480031279.4的实用新型专利公开了一种磁性编码器设备及致动器，该实用新型专利有一个磁性码道1，如图3所示，码道的N极和S极交替排列，NS极的对数大于等于1，N极和S极沿轴向平行磁化。该磁性编码器设备的敏感元件(图中数字2表示)有4个，间隔90度排布，产生相位差为90度的正弦信号，如图4所示。信号处理电路对相位差90度的正弦信号进行解码，输出角度信号。该专利缺点主要体现如下：(1)当NS的磁极对数大于1时，在解码时不能获得编码器的绝对位置，为电机的启动带来一定的不方便；(2)当NS极的极对数为1时，虽然可以获得编码器的绝对位置，但由于处理电路的信噪比问题，很难获得高分辨率的解码。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题：现有技术的位置编码器的精度与成本不能兼顾。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种新型的位置编码器，采用两个码道，实现绝对位置的编码；其中，第一码道对绝对位置进行编码，第二码道产生周期性的正余弦信号，用于对绝对位置信号进行细分。具体技术方案如下：
本实用新型的第一方面，提供了一种编码承载器件，包括至少第一编码区和第二编码区；
第一编码区提供N个绝对位置信息，N为整数且≥2；
第二编码区细分为N个周期性重复的重复编码区，每个重复编码区对应第一编码区提供的一个绝对位置信息；每个重复编码区提供一个绝对位置信息的细分位置信息。
进一步地，第一编码区与第二编码区的排布形状及相对位置按照以下(1)或(2)的方式配置：
(1)第一编码区依第一圆形排布，第二编码区依第二圆形排布，第一圆形与第二圆形同心，或者，第一圆形的圆心在第二圆形所在平面上的投影与第二圆形的圆心重合；
(2)第一编码区依第一直线段排布，第二编码区依第二直线段排布，且第一直线段与第二直线段平行。
进一步地，第一编码区提供不同的至少第一类型信号与第二类型信号，第一类型信号与第二类型信号组合成编码用于提供N个绝对位置信息。
进一步地，若干个第一类型信号与第二类型信号以伪随机序列方式、格雷码编码方式、或者标准二进制编码方式之一进行组合编码，用于提供绝对位置信息。
进一步地，第一类型信号与第二类型信号是极性不同的磁信号，或者，是极性相同但强弱不同的磁信号。
进一步地，第一编码区包括以下(1)或(2)中的磁体：
(1)多个分体式磁体；
(2)一个第一单体式磁体，在第一单体式磁体的不同部位进行极性不同或强弱不同的磁化。
进一步地，第一类型信号与第二类型信号分别是不同的电信号、光信号或距离信号。
进一步地，第二编码区的每个重复编码区内的不同位置提供不同幅值信号。
进一步地，重复编码区提供正弦信号、余弦信号或线性信号。
进一步地，第二编码区包括以下(1)或(2)中的磁体：
(1)若干个N极磁体与S极磁体依次交替排布，每个N极磁体与每个S极磁体分离；
(2)一个第二单体式磁体，在第二单体式磁体上带有依次交替的N极磁性区与S极磁性区。
进一步地，第二编码区产生周期性变化的信号，用来作为读取第一编码区的绝对位置信息的触发信号。
本实用新型的第二方面，提供了一种位置编码器装置，包括：
上述第一方面提供的编码承载器件；
编码识读模块，用于识别并读取编码承载器件提供的绝对位置信息与细分位置信息；
编码分析模块，用于计算分析编码识读模块读取的绝对位置信息与细分位置信息。
进一步地，编码识读模块包括两组编码识读单元，编码识读单元用于读取第一编码区的信号，两组编码识读单元按照以下(1)或(2)的方式配置：
(1)若第一编码区依第一圆形排布，两组编码识读单元依弧形排布；两组编码识读单元各自中心线相交在弧形的圆心形成的夹角定义为第一夹角，第二编码区的相邻两个重复编码区各自中心线相交形成的夹角定义为第二夹角；第一夹角的大小是第二夹角大小的(A+1)\/2倍，A为偶数且≥0；
(2)若第一编码区依第一直线段排布，两组编码识读单元依第三直线段排布；两组编码识读单元各自中心点的距离定义为第一距离，第二编码区的相邻两个重复编码区各自中心点的距离定义为第二距离；第一距离的大小是第二距离大小的(B+1)\/2倍，B为偶数且≥0。
进一步地，B≤4。
本实用新型的有益效果是：
(1)采用两个码道，实现绝对位置的编码，第一码道对绝对位置进行编码，第二码道产生周期性的正余弦信号，用于对绝对位置信号进行细分，分辨率高；
(2)采用少量的磁敏感元件直接获取编码器的绝对位置，无需进行复杂的数学运算，即可获得绝对位置并进行细分，减少误码率，降低成本。
附图说明
图1是第一个现有技术中宽度不同的磁体在码道上的布置示意图；
图2是第一个现有技术中对采集信号进行处理的原理图；
图3是第二个现有技术中的磁电位置编码器的结构示意图；
图4是第二个现有技术中信号采集的原理图；
图5是本实用新型第一个实施例中位置编码器的整体结构示意图；
图6是本实用新型第一个实施例中码盘的结构示意图；
图7是本实用新型第一个实施例中磁敏感元件的布置示意图；
图8是本实用新型第一个实施例中磁敏感元件产生的信号相位关系图；
图9是本实用新型第一个实施例中依靠正余弦信号进行绝对位置细分的原理图；
图10是本实用新型第一个实施例中码盘未贴装磁块的结构示意图；
图11是本实用新型第一个实施例中敏感元件与解码系统的连接示意图；
图12是本实用新型第一个实施例中电平转换模块的工作原理图；
图13是本实用新型第一个实施例中差分转单端信号处理的原理图；
图14是本实用新型第二个实施例中码盘的俯视结构示意图；
图15是本实用新型第三个实施例中直线码道的结构示意图；
图16是本实用新型第四个实施例中电容码盘与码道的结构示意图；
图17是本实用新型第五个实施例中第二码道与第三码道的局部结构示意图；
图18是本实用新型第六个实施例中采用格雷码的原理图。
附图标记如下：
1 磁性码道
2 敏感元件
100 码盘
101 第一码道凹槽
102 第二码道凹槽
103 码盘安装孔
110～114 第一码道
120～125 第二码道
135 第三码道
200 敏感元件
220a 正弦敏感元件
220b 余弦敏感元件
211～212 敏感元件(匹配第一码道)
221～223 敏感元件(匹配第二码道)
233 敏感元件(匹配第三码道)
300 解码系统
311 电平转换模块
312 差分转单端模块
313 差分转单端模块
320 微处理器
321 数字输入\/输出模块
322 模拟\/数字转换模块
323 位随机解码模块
324 细分模块
325 位置输出模块
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
除非另作定义，本专利的权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本专利的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
实施例1
本实施例提供了一种基于伪随机序列的磁电绝对值编码装置，如图5所示，编码装置分两部分：一部分为码盘100，另外一部分为敏感元件200和解码系统300。一般情况下，码盘100随电机旋转轴旋转，敏感元件200和解码系统300固定不动，当码盘100与解码系统300之间产生相对运动时，敏感元件200会感应到磁场的变化，解码系统300根据磁场的变化计算出码盘100所在的绝对位置。码盘100上承载第一码道110与第二码道120。码盘100包括其上的第一道码110与第二码道120，构成编码承载器件。
图6展示了本实施例中码盘的结构图，码盘具有第一码道111和第二码道121，第一码道111和第二码道121所在的圆同心。圆的半径可以根据码盘大小进行设计选择，可以是第一码道111的半径大于第二码道121的半径，即第一码道111在外圈，第二码道121在内圈；也可以是第二码道121的半径大于第一码道111的半径，即即第一码道111在内圈，第二码道121在外圈，如图6所示那样布置。两个码道所在圆的半径不能过于接近，以保证第一码道111和第二码道121磁块之间的距离，确保第一码道111和第二码道121的磁敏感元件不受另外一个码道磁块磁场的影响。
第一码道与第二码道还可以分别布置在码盘的两个表面，即一个在正面，一个在反面；相应地，敏感元件也需对应不布置在码盘两侧。此时，仍需保证第一码道和第二码道的圆心都在码盘的轴线上。
如图10所示，第一码道111及第二码道121的加工方法包括如下步骤：
(1)计算第一码道111和第二码道121的磁块尺寸，磁块的加工由机械加工得到；
(2)磁块加工完成后，对磁块进行充磁，磁块的充磁方向为轴向充磁；
(3)磁块的载体(即码盘本体)由机加工完成，在载体上加工出和磁块等尺寸的第一码道凹槽101与第二码道凹槽102，用来放置磁块。加工凹槽的好处是：一方面可以保证磁块贴装的精度；另一方面，码盘100在高速旋转时可以使磁块更牢固，减少离心力对磁块的作用。码盘上还加工有3个码盘安装孔103。
(4)第一码道111根据伪随机编码贴装磁块，第二码道121的N极磁块与S机磁块交替贴装。
第一码道111由伪随机序列编码，根据伪随机序列编码的原理，序列由本原多项式产生。本原多项式在产生序列时，首先假设一个序列的初始值，序列的后一位数字根据前几位和本原多项式产生。如果编码时把一圆周分为4份区间，将产生4位数字的循环序列(22<\/sup>)，每相邻的两位组合起来代表一个区间，比如序列为1100，每相邻两位分别为11、10、00、01，每个组合代表一个区间，这样一圆周就可以表示为4个区间，每转动一个区间，编码数字组合改变一次。如果把一个圆周分为8份区间，将产生8位数字的循环序列(23<\/sup>)，每相邻的3位组合起来代表一个区间；如果把一个圆周分为16份区间，将产生16位数字的循环序列(24<\/sup>)，每相邻的4位组合起来代表一个区间。如果把一个圆周分为32份区间，将产生32位数字的循环序列(25<\/sup>)，每相邻的5位组合起来代表一个区间。以此类推，如果把一个圆周分为2n<\/sup>份区间，将产生2n<\/sup>位数字的循环序列(2n<\/sup>)，每相邻的n位组合起来代表一个区间。这里所说的循环序列指的是序列首尾相接。
第一码道111在进行设计时，N极代表数字1，S极代表数字0，或者N极代表数字0，S极代表数字1。对于有2n<\/sup>个数字的循环序列需要有2n<\/sup>个磁块，这2n<\/sup>个磁块的极性可以根据循环序列的数字来确定，磁块的充磁方向平行于轴向方向，或者平行于码盘的径向。径向充磁时，在轴向一定高度磁场强度是连续的正弦曲线。
第二码道121为N极和S极交替排布的磁块，磁块的充磁方向平行于轴向方向，磁块的尺寸大小需保证在沿轴向方向距离磁块一定距离磁块所产生的磁场强度为正弦曲线，以提高码盘细分的精度。这样当码盘旋转时，在第二码道的轴向方向距离磁块一定高度磁场强度为正弦周期信号，这个周期信号有两个作用：(1)作为时钟信号，当正弦信号经过零点时读取第一码道的编码信号；(2)作为码盘的细分信号，对第一码道121中一个绝对位置区间进行细分，获得更高的位置分辨率。
第一码道111和第二码道121在布局时有一定的位置要求，即第二码道N极到S极的中间位置或者S极到N极的中间位置要和第二码道121的磁块中心位置在径向方向上对齐，以保证每次读取绝对值编码时第一码道111的磁敏元件在第一码道111磁场最强的位置，提高第一码道111信号的信噪比。
敏感元件200和解码系统300靠近码盘100，以把一个圆周分成16份区间为例。敏感元件200的布局需要遵循以下原则：
(1)针对第一码道111的磁敏感元件211所在的圆，和第一码道111的磁块所在的圆同轴。针对第二码道121的磁敏感元件221所在的圆，和第二码道的磁块所在的圆同轴。两个码道的磁敏感元件所在的圆和码盘100中码道所在的圆在轴向上具有一定的距离，保证磁敏感元件211与221检测的信号不溢出且具有一定的强度，以保证信噪比。
(2)第一码道111的磁块对应的磁敏感元件的间隔角为360度\/2n<\/sup>，连续排布。以图7为例，磁敏感元件的间隔角为360\/16＝22.5度。
(3)第二码道121的磁块对应的磁敏感元件数量为2个或4个，当只有两个敏感元件时，两个敏感元件的间隔角为(360\/(4*2n<\/sup>))+N*(360\/2n<\/sup>)，N＝0，1，2，3，……。间隔角为360\/64+N*(360\/16)，对应图7中的A1和A2，这样两个磁敏感元件形成的电信号为相位差90度的正弦信号。当磁敏感元件有4个时，在分别对应A1和A2的反极性位置布置A3和A4，这样A1和A3形成的电信号为差分信号，A2和A4形成的电信号为差分信号，提高信号传输的抗干扰能力和信号幅值，差分信号再经过处理得到适合微处理器采集的单端信号，另外，对应第二码道121设置4个磁敏感元件221也有利于提高码盘的精度，消弱由于磁块贴装带来的误差。
(4)针对第二码道的磁敏元件A1或A2与针对第一码道的其中任何一个磁敏元件相差(360\/(2*2n<\/sup>))，以保证信号A1或A2过零时，B1、B2、B3和B4在磁场最强的位置。
以此原则排布的磁敏感元件，最后形成的电信号的相位关系如图8所示。在第二码道产生的sin信号过零时采集第一码道序列值，这样第二码道产生的信号作为读取第一码道值的触发信号，保证信号读取的准确性。
从图8可以看出，第一码道一个区间对应的角度是第二码道121一个正弦周期对应的角度一致，因此可以利用正弦信号和余弦信号进一步对第一码道一个区间的角度进行细分，获得分辨率更高的角度信号。细分方法示意图如图9所示，首先根据sin信号和cos信号的符号和绝对值的大小，把一个周期的信号分为8个区间，实现23<\/sup>的细分。从图9的右半图可以看出，在每个区间内，tan或cot值近似为线性，因此根据采集到的sin值和cos值可以计算出tan值或cot值，从而对每个区间进一步细分。如果解码系统所采用的模拟\/数字转换的分辨率为N，那么整个解码系统的分辨率为(n+3+N位)。
以下再以16位伪随机序列为例，说明磁电码盘解码系统300的实施方案。磁敏感元件采用霍尔元件感应磁场的变化。如图11所示，针对第一码道111的磁敏元件210需要4个，4个磁敏感元件在同一个圆上连续排布，间隔角度为360\/16。第二码道需要4个磁敏感元件，每2个磁敏元件组成一对，其中220a感应sin信号，220b感应cos信号。一对中的2个磁敏元件在磁场相位上相差180度。
为了提高码盘测量的位置精度(不同于分辨率)可以有超过1组的磁敏感元件，如2组或3组，甚至更多组对码盘信号进行采集和解码，对每组解码的位置值进行综合分析处理，比如求平均，可以提高码盘系统的位置精度。磁敏感元件作为编码识读单元，两组磁敏感元件即两组编码识读单元。
两组编码识读单元的布置，也是本实用新型重点关注的。两组编码识读单元依弧形排布，其各自中心线相交在弧形的圆心形成的夹角定义为第一夹角，第二编码区的相邻两个重复编码区各自中心线相交形成的夹角定义为第二夹角，要求第一夹角的大小是第二夹角大小的(A+1)\/2倍，A为偶数且≥0。一个重复编码区即一个N极磁块加上一个S极磁块占用的位置。若仅有一组编码识读单元用于读取第一码道，起始位置在两个绝对位置中间，无法立即正常工作。本实用新型这样的两组设置是为了避免上述缺陷。
针对第一码道的磁敏感元件210输出信号经过电平转换模块311，电平转换模块311主要由比较器组成，当经过零点时，如果霍尔信号有变化，比较器输出信号将发生反转，经过比较器后输出规则的高低电平信号，便于微处理器320采集，如图12所示。
针对第二码道的磁敏感元件220a与220b的信号，首先分别经过差分转单端模块312和313处理，把信号转换为微处理器320可采集的信号。以sin信号为例，差分转单端的示例图如图13所示，差分转单端后信号的幅值也会加倍。
数字输入\/输出模块321在微处理器320中，读取四位霍尔元件产生的信号，每次在sin信号过零点时，读取第一码道111的四位绝对位置值，伪随机解码模块323中通过查表的方式读取码盘所在的绝对位置区间。
第二码道的单端信号先经过模拟\/数字转换模块322转换成数字信号，再输入到微处理器320，微处理器320对sin信号和cos信号进行采集，在细分模块324中根据前述的方法进行细分。
位置输出模块325中对伪随机解码模块323得到的绝对位置值和细分模块324中得到的细分位置值进行综合，得到解码系统最终的绝对位置值。
实施例2
以上详细阐述了本实用新型的第一个优选实施例。本实用新型的第一码道和第二码道，永磁体除了采用离散的磁块，还可以采用磁环，在充磁时对磁环进行多极性充磁，如图14所示。加工方法如下：
(1)首先根据设计尺寸加工第一码道112和第二码道122的磁环；
(2)对第一码道112根据伪随机序列编码对磁极进行多极性充磁；
(3)对第二码道122根据N极和S极的宽度进行多级性充磁；
(4)贴装磁环，在贴装磁环时，依照第一个实施例中要求的第一码道和第二码道磁极的相对位置进行贴装。
本实施例中的磁敏感元件及其工作方式与实施例1中的完全相同，不再赘述。
实施例3
本实用新型的位置编码器装置，不仅可以实现角度的编码和测量，还可以实现直线位移的编码和测量，如图15所示。第一码道113和第二码道123都由直线排布在码带上的磁块构成，第一码道113以伪随机序列编码，第二码道123也是交替排布的N极与S级磁块。磁敏感元件212也呈直线排布，用于侦测第一码道113的磁信号。磁敏感元件222也呈直线排布，用于侦测第二码道123的磁信号。第一码道113提供绝对位置信号，第二码道123再对这个绝对位置信号进行细分，原理同第一个优选实施例中的基本相同，此处不再赘述。
读取第一码道113的磁敏感元件212也可以是两组，两组编码识读单元各自中心点的距离定义为第一距离，第二编码区的相邻两个重复编码区各自中心点的距离定义为第二距离；第一距离的大小是第二距离大小的(B+1)\/2倍，B为偶数且≥0。两组两组编码识读单元解决的问题与实施例1中的相同。但是，本实施例中，码道直线排布，两组编码识读单元不可距离太远，否则第二码道的有效利用长度较小。当B≤4时可接受，两个编码识读单元中心位置的距离是1个重复编码区(一个NS区间长度)的2.5倍。
实施例4
本专利的编码和解码方法，除了通过磁性元件和磁敏感元件进行实现，也可以通过其他物理方法实现，比如通过电容的方法实现。码盘表面可以机械加工出凸凹的面，比如第一码道根据伪随机编码的序列，凸出表示数字1，凹下表示数字0，第二码道可以加工出正弦变化的表面。表面的变化可以采用电容探针检测，电容探针可以检测到第一码道的凸和凹以及第二码道正弦变化表面，从而可以实现编码和解码。
电容方案如图16所示，第一码道114为绝对值编码码道，根据编码值加工第一码道表面结构形状。当编码的某一位是高电平时，加工为凹槽形状，某一位为低电平时不加工凹槽，或者相反。第二码道的表面为凸凹相间的连续正弦表面结构。第一码道114和第二码道124在加工时需保证足够的光洁度。
在第一码道114和第二码道124的上方分别放置电容探针。对于第一码道114，一周分为2n区间，需要n个探针，探针的间距为一个编码的宽度。对于第二码道124，上方可以放置2或4个探针为一组，为了提高精度也可以放置多组探针，每组中各探针之间的间距参照实施例1中磁敏感元件的间距。
探针在轴向方向和码道有一定间距。每个探针与码道之间形成电容，探针是固定不变。当码盘旋转时，探针和码盘之间形成电容的容值会发生变化，通过电路变换可以把电容值的变化转换为电压值的变化。这样第一码道输出绝对位置信号，第二码道形成正余弦信号对位置信号进行细分。
码盘表面的变化也可以通过激光位移传感器进行检测，此时第二码道是不再是曲面，而是很多个交替变化的斜面，提供距离信号，此信号是线性信号。还可以把表面的变化转化为电阻的变化等。
实施例5
本专利的实施方案还可以采用多于2个码道的情况，第一码道为绝对值编码码道，第二码道为细分码道，第三码道对第二码道的信号进一步细分。以采用磁电的编码器为例，第一码道的编码同其他方案，第二码道和第三码道磁块排列的关系如图17所示。在第二码道125一个NS磁周期可以放置多个周期的NS信号，可以是2个、4个、8个周期，图17中在第二码道的一个周期放置了8个周期的NS信号，即第三码道135。
磁敏感元件223用于采集第二码道125的磁信号，磁敏感元件233用于采集第三码道135的磁信号。在第二码道125的一个信号周期，第三码道135产生8个周期信号，第二码道125对第一码道的一个绝对位置区间进行8倍细分，A\/D转换对第三码道135进行采集，这样编码器的分辨率相对于只有2个码道的编码器提高了3位，比如两个码道的分辨率19位，三个码道可以实现22位的分辨率。
实施例6
以上五个实施中，第一码道全部采用伪随机序列方式编码，这是一种非常高效的编码方式，采用极少的数位即可区分较多的绝对位置。例如，在实施例1中采用的伪随机序列，仅需16个磁块就能区分16个绝对位置。
除了伪随机序列方式，还可以采用标准二进制编码、格雷码编码等其他编码方式。其中，格雷码是较为优选的方案。图18展示了格雷码的原理图，应用到本实用新型的第一码道，黑色部分可以布置N极磁块，白色部分可以布置S极磁块，或者相反。每一个扇形中的4个磁块提供一个绝对位置的信号，这样共需要64个磁块才能区分16个绝对位置。相应地，敏感元件也对应在码盘的径向排布。
本专利采用两个码道实现绝对位置的编码，结构简单，并通过少量的磁敏感元件可以直接获得码盘装置的绝对位置，不需要复杂的数学运算；码盘的两个码道互补，第一码道为码盘系统提供绝对位置，第二码道为码盘系统提供读取第一码道的时钟信号，确保读取的可靠性，同时第二码道信号用来对绝对位置信号进一步细分，获得更高分辨率的位置信号。本专利一方面提高了码盘系统位置输出的准确性，减少误码率，另一方面不需要复杂的数学运算，硬件成本可以降低。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920304771.8
申请日:2019-03-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209639732U
授权时间:20191115
主分类号:G01D 5/14
专利分类号:G01D5/14
范畴分类:31B;
申请人:溱者（上海）智能科技有限公司
第一申请人:溱者（上海）智能科技有限公司
申请人地址:200241 上海市闵行区虹梅南路4999弄7号楼209室
发明人:吴静;孙玉祥
第一发明人:吴静
当前权利人:溱者（上海）智能科技有限公司
代理人:陆黎明
代理机构:31313
代理机构编号:上海智晟知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31313
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计