[发明专利]一种两级式磁绝对角度编码器

说明书

本发明公开了一种两级式磁绝对角度编码器，包括：壳体，内部形成有容置腔，壳体上纵向开设通道；外连接轴，一端经通道伸入容置腔内并连接有粗级单极磁性材料，另一端用以与外部待测物体相连；次级多极磁性材料组件，位于容置腔内并与外连接轴的一端刚性相连，并贯穿开设有中心通孔，粗级单极磁性材料容置于中心通孔内；信号处理输出单元，由多根支撑柱水平安装于容置腔内，并设有粗级单极磁感应元器件、次级多极磁感应元器件；并与外部上位机系统通讯连接。其技术方案在同一个磁编码器中采用两组磁性材料与对应的磁感应元器件进行磁性感应角度测量，能够以游标算法融合生成高分辨、高精度测量输出结果。

技术领域

本发明涉及磁编码器技术领域，尤其涉及一种两级式磁绝对角度编码器。

背景技术

公知的编码器主要有旋变，光学，磁编码器等型式。相对于光学编码器，磁编码器有更好的抗污染，抗震动特性。相对于旋变编码器，磁传感器具有质量轻，方便实现小型化等特性。随着半导体工艺的快速发展，以及丰富的接口灵活性，磁编码器越来越广泛应用。

磁角度编码器采用磁性材料加磁性感应元器件以及信号处理组成的编码器。当磁性材料有周期性的转动，磁性感应元器件会产生周期性的信号输出，信号处理单元以此计算出绝对输出角度。

但是，因为单个磁性感应元器件的精度难以提高以及磁性材料的磁感应强度随着温度变化而改变，加上结构装配误差，使得单级磁性单元的编码器输出分辨率和精度受到限制。很难满足伺服电机，机器人，机床等应用环境对高分辨率、高精度的编码器的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在能够以游标算法融合生成高分辨、高精度的测量输出结果的两级式磁绝对角度编码器，用以克服上述技术缺陷。

具体技术方案如下：

一种两级式磁绝对角度编码器，包括：

壳体，内部形成有容置腔，壳体上端面纵向开设有连通至容置腔的通道；

外连接轴，一端经由通道伸入容置腔内并连接有一个粗级单极磁性材料，另一端用以与外部待测物体相连；

次级多极磁性材料组件，位于容置腔内并与外连接轴的一端刚性相连，且次级多极磁性材料组件上贯穿开设有一个中心通孔，外连接轴连接有粗级单极磁性材料的一端伸入中心通孔且粗级单极磁性材料容置于中心通孔内；

信号处理输出单元，由多根支撑柱水平安装于容置腔内，每一支撑柱的两端分别固连壳体的内顶面及信号处理输出单元的面板上，信号处理输出单元上端面具有与粗级单极磁性材料相对设置的粗级单极磁感应元器件、与次级多极磁性材料组件相对设置的次级多极磁感应元器件；并且，信号处理输出单元与外部上位机系统通讯连接。

较佳的，设定粗级单极磁感应元器件的分辨率为n1位，次级多极磁感应元器件分辨率为n2位.粗级单极磁性材料的极对数为m1，次级多极磁性材料组件中磁性材料的极对数为m2，则粗级单极磁感应元器件的输出数值范围或等效数值范围为[1，2ⁿ¹]，次级多极磁感应元器件的输出数值范围或等效数值范围为[1，2ⁿ²]；且m1＝1，而m2>m1，并设定n1＝n2；

则两级式磁绝对角度编码器的分辨率为：n2+lg(m2)位；

设定θ1为粗级单极磁感应输出数值或者等效数值，θ2为次级多极磁感应输出数值或者等效数值，则两级式磁绝对角度编码器的输出角度为Φ：

并且，

粗级单极磁感应角度精度为：式中ka为常数，通常小于3；

次级多极磁感应角度精度为：式中kb为常数，通常小于3。