[发明专利]一种角度磁编码器和电子水表

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量技术领域的永磁体，具体是涉及一种适用于角度磁编码器的永磁体，包含该永磁体的角度磁编码器和电子水表。 

背景技术

随着传感器技术的迅猛发展，传统的机械水表逐渐向新颖的电子水表过渡。在各种传感器技术中，光电编码技术可以实现数字计数转轮代码的直接读取计量，而且不需要累积，从而得到广泛应用。但该技术普遍存在进位误码现象，而且对气泡、强光、污垢、渗漏等因素的抗干扰能力差。与光电编码技术相比，角度磁编码技术分辨率更高，无进位误码现象，稳定性好，而且可以完全根除光电技术引起的各种不良故障，成为一种可替代光电编码的编码技术。角度磁编码技术通过对数字计数转轮进行编码来得到计量读数，其原理是利用磁阻传感器如隧道磁阻角位移传感器来感应安装在数字计数转轮上的环形永磁体的旋转磁场相位来测量转轮的转角和位置，并采用电子技术转变成相应数字读数。 

角度磁编码技术的测量精度取决于磁敏角位移传感器和永磁体两个组成部分的性能特征。与霍尔传感器相比，磁阻传感器如隧道磁阻传感器具有更高的磁场灵敏度，其功耗和尺寸也可大大降低。隧道磁阻角位移传感器包含两个相互正交的隧道磁阻传感器。隧道磁阻角位移传感器工作时形成的两个正弦和余弦输出与永磁体检测磁场分量即永磁体产生的磁场在检测面内的分量及隧道磁阻角位移传感器敏感轴之间形成的旋转磁场相位角φ，本文中也称为探测磁场相位角，关系如下： 

OUT1=COS（φ） 

OUT2=SIN（φ） 

利用反正切函数，就能根据隧道磁阻角位移传感器的输出OUT1和OUT2计算出旋转磁场相位角φ角度： 

φ=ATAN（OUT2/OUT1）。 

永磁体在旋转过程中其旋转相位角α，定义为永磁体在旋转过程中依次经过隧道磁阻角位移传感器的位置矢量点r的相位角，永磁体的检测磁场分量使隧道磁阻角位移传感器产生感应。当永磁体旋转相位角α和旋转磁场相位角φ 之间形成线性关系，满足在0~360°范围内一一对应时，就可以将隧道磁阻角位移传感器所探测的旋转磁场相位角φ和永磁体旋转相位角α位置关系对应起来。例如为了能使0-9这10个代表数字在转轮的某一直径的圆周上以等间距角度增量间隔开，事先将α的范围划分成10个区间，每一区间用一个预期的数字表示。通过将永磁体角度进行编码，进而通过电子技术转化，可以实现水表读数的直接输出。 

因此，隧道磁阻角度磁编码器技术在应用于电子水表时对于永磁体的设计性能将具有特殊要求，而现有的角度磁编码器采用的永磁体具有如下缺点： 

（1）现有的角度磁编码器大都采用霍尔传感器作为角度传感器，其对应的检测磁场分量为永磁体产生的磁场垂直于检测面的分量，而隧道磁阻角位移传感器对应的检测磁场分量为磁场在检测面内的分量，因此现有角度磁编码器的永磁体不能满足于隧道磁阻角位移传感器磁场测量的要求。 

（2）现有的角度磁编码器永磁体一般采用的是实心圆柱设计，而电子水表为尽量减少安装空间，要求永磁体为圆环形以便直接安装在转轮上。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种适用于角度磁编码器的永磁体，使之能够安装在电子水表转轮上，节省安装空间，并能够满足隧道磁阻角位移传感器与检测面内磁场分量之间的旋转磁场相位角φ和永磁体旋转相位角α之间线性关系的要求，从而提高角度磁编码器的测量精度。 

根据本发明的一个方面，提供一种角度磁编码器，该角度磁编码器包括： 

数字转轮； 

与所述数字转轮同轴安装的永磁体， 

隧道磁阻角位移传感器，位于所述永磁体检测面上用于感测所述永磁体产生的磁场在该检测面内的分量并输出感测信号，以及 

数字处理电路，用于根据来自所述隧道磁阻角位移传感器的感测信号计算并输出表征所述数字转轮旋转角度的代码， 

其特征在于， 

该永磁体具有柱状圆环结构，并包含第一永磁单元和第二永磁单元，所述第一永磁单元和第二永磁单元相对于直径截面何对称， 

所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度平行于柱状圆环的轴向，且方向相反，或 

所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度垂直于所述直 径截面，且方向平行一致， 

所述隧道磁阻角位移传感器位于所述永磁体的检测面内距离永磁体柱状圆环轴心特定半径范围的区域内，在该特定半径范围的区域内，所述永磁体产生的磁场在检测面内的分量的旋转磁场相位角与永磁体旋转相位角呈线性变化关系。