[实用新型]一种精确测量转速和旋转绝对角度位置的传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量技术，具体涉及磁性编码传感器。

背景技术

根据检测原理，目前常用的测量旋转物体的编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。

光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的两路脉冲信号。

磁性编码器经常也被称为磁电式编码器，其原理是采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量。磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，再经过电路的信号处理即可输出信号。

感应式编码器(旋转变压器)是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦或余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。

旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规律，因此当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。其输出电压的大小取决于转子的角向位置，即随着转子偏移的角度呈正弦变化。感应电压的相位角等于转子的机械转角。因此只要检测出转子输出电压的相位角，就知道了转子的转角。

电容式编码器利用的原理与成熟、低成本而且精密的数字游标卡尺相同。它具有两个柱状或线状型式，一个在固定元件上，另一个在运动元件上，两者一起形成了一个配置为发送器/接收器对的可变电容器。当编码器转动时，处理电路对这些线的变化进行计数，并利用内插法寻找轴的位置和转动方向，建立标准的正交输出，以及其它编码器提供的换向输出。

这些编码器在实际的应用过程中都存在不同的缺点：

1.光电式编码器的缺点是结构复杂，价格高，光源寿命偏短。

2.传统磁性编码器的缺点是精度低，响应时间慢。

3.感应式编码器(旋转变压器)的缺点是结构、信号处理比较复杂，精度低，体积较大，价格高。

4.电容式编码器的缺点是工作容易受到外界(特别是湿度)的干扰，工作稳定性低，无法满足大位移(角位移)测量的要求。

实用新型内容

针对目前常用的测量旋转物体的编码器普遍存在结构复杂、测量精度不高的问题，本实用新型的主要目的在于提供一种结构简单、测量精度高的绝对式磁性编码器，能够精确测量转速和旋转绝对角度位置，可有效解决现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种精确测量转速和旋转绝对角度位置的传感器，所述传感器包括：

磁性编码器，所述磁性编码器一个周期内(360°)的磁场呈正弦分布；

传感器本体总成，所述传感器本体总成采集来自于旋转磁性编码器产生的变化磁场，并对应输出一路正弦模拟信号和一路余弦模拟信号。

优选的，所述磁性编码器通过注塑充磁实现一个周期内的磁场呈正弦分布。

优选的，所述磁性编码器随目标物体旋转的同时，输出周期变化的连续磁场。

优选的，所述磁性编码器包括支撑固定圈以及铺设在支撑固定圈侧的磁性材料。

优选的，所述磁性材料在厚度方向上的磁场强度呈阶梯变化。

优选的，所述支撑固定圈支撑和定型磁性材料，并聚磁。

优选的，所述传感器本体总成包括至少5颗磁感应芯片、电路板、支架以及导线，所述至少5颗磁感应芯片对应于磁性编码器，通过支架等距安置在电路板上；所述导线与电路板连接。

优选的，所述电路板为圆环形，支架对应于电路板呈圆环形，至少5颗磁感应芯片通过圆环形支架等距安置在圆环形电路板上，并呈圆形分布。

优选的，所述传感器本体总成还包括封装件，所述封装件将传感器本体总成中的磁感应芯片、电路板以及支架封装成一体。

优选的，所述传感器本体总成还包括金属屏蔽外罩。

优选的，所述磁感应芯片感应旋转磁性编码器产生的变化磁场，形成对应的电压信号，并传至电路板，所述电路板对采集到的电压信号进行叠加运算，最终分别输出一路正弦模拟信号和一路余弦模拟信号。

本实用新型提供的非接触式绝对式磁性编码传感器，能够精确测量旋转物体的速度和绝对位置，同时能检测旋转方向。