專利名稱：一種電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，尤指一種用于電動執(zhí)行器且可以實現(xiàn)實時閥位采集非接觸數(shù)字式位置檢測裝置。
背景技術(shù)：
電動執(zhí)行器是一種實現(xiàn)節(jié)約能源、保護環(huán)境、循環(huán)經(jīng)濟的重要檢測與控制設(shè)備，而調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器的位置檢測又是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因為位置檢測的準確與否直接影響到生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能減耗。這就要求電動執(zhí)行器的位置檢測裝置不僅要具備高精度、高穩(wěn)定性的位置檢測功能，還要具備掉電后的位置檢測功能。目前，電動執(zhí)行器的位置檢測裝置一般采用三種方式，一種是采用電位器或其他模擬測量元件檢測執(zhí)行器的位置輸出，通過AD轉(zhuǎn)換后獲得電位器的位置反饋信號，過程復(fù)雜，速度低，精度差；一種是采用光電數(shù)字技術(shù)，采用系統(tǒng)供電的方式，一旦系統(tǒng)掉電便無法實現(xiàn)掉電后的位置采集，且光電式位置采集裝置對工作環(huán)境要求較高，易受粉塵等問題影響；再有就是采用備用電源的控制方式，但位置采集裝置耗電量大，經(jīng)常性更換備用電源， 增加售后及服務(wù)成本。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種操控簡便，功耗低的電動執(zhí)行機構(gòu)的位置檢測裝置。一種電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，包括與所述電動執(zhí)行器中的電機主軸相配合的旋轉(zhuǎn)編碼盤；位于所述旋轉(zhuǎn)編碼盤一側(cè)的固定磁場發(fā)生部件；位于所述旋轉(zhuǎn)編碼盤另一側(cè)的用于感應(yīng)磁場的霍爾傳感器用于接收并處理所述霍爾傳感器的輸出信號的信號處理電路。所述霍爾傳感器為開關(guān)型霍爾磁感應(yīng)傳感器，可以感應(yīng)磁場的變化，并輸出數(shù)字信號。所述旋轉(zhuǎn)編碼盤要求可以被電機主軸帶動，旋轉(zhuǎn)編碼盤可以同軸的固定在電機主軸上，也可以同軸的固定在與電機主軸相聯(lián)動的蝸桿上。由于旋轉(zhuǎn)編碼盤位于固定磁場發(fā)生部件和霍爾傳感器之間，因此要求旋轉(zhuǎn)編碼盤轉(zhuǎn)動時可以改變磁場，作為優(yōu)選所述旋轉(zhuǎn)編碼盤的外圓軸均勻分布有若干缺口，即構(gòu)成齒狀的編碼盤。旋轉(zhuǎn)編碼盤的材質(zhì)可以采用鐵等。固定磁場發(fā)生部件和霍爾傳感器與旋轉(zhuǎn)編碼盤軸線的垂直距離與所述缺口位置對應(yīng)，旋轉(zhuǎn)編碼盤轉(zhuǎn)動時霍爾傳感器通過缺口感應(yīng)的磁場強度會發(fā)生變化。所述固定磁場發(fā)生部件可以采用磁鐵等。為了固定和安裝固定磁場發(fā)生部件，設(shè)有磁極定位板，所述固定磁場發(fā)生部件安裝在該磁極定位板上。作為優(yōu)選，所述固定磁場發(fā)生部件以及霍爾傳感器為相互匹配的兩對，即兩個霍爾傳感器分別感應(yīng)與其對應(yīng)的那個固定磁場發(fā)生部件所發(fā)出的磁場。兩個固定磁場發(fā)生部件在旋轉(zhuǎn)編碼盤的圓周向隔開一定距離，并安裝在磁極定位板上。旋轉(zhuǎn)編碼盤受電機轉(zhuǎn)動切割磁場，變化的磁場使對應(yīng)的霍爾傳感器產(chǎn)生有規(guī)則的脈沖波形，通過信號處理電路對兩個傳感器產(chǎn)生的脈沖信號進行信號處理，根據(jù)兩霍爾傳感器產(chǎn)生波形的相位差的計算就可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速、運行方向的檢測。所述信號處理電路包括與霍爾傳感器的信號輸出端相連的主控電路和用于向霍爾傳感器及主控電路供電的電源控制電路。其中所述主控電路可以采用單片機，并與所述電動執(zhí)行器主控板的主控制CPU進行通信。所述電源控制電路包括切換開關(guān)以及輸出控制開關(guān)，所述切換開關(guān)具有兩個可選的輸入端，分別與常用電源和備用電源連接，所述切換開關(guān)的輸出端與輸出控制開關(guān)的電源輸入端連接，輸出控制開關(guān)的電源輸出端即作為電源控制電路的輸出端。輸出控制開關(guān)的控制信號輸入端接入并受控于所述主控電路。本實用新型采用的霍爾傳感器具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、 輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，采用霍爾傳感器克服了光電傳感器易受灰塵影響， 對應(yīng)用環(huán)境要求較高的缺陷。本實用新型電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置采用磁電感應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)了非接觸式的位置采集，克服了電位器或其他模擬測量元件檢測執(zhí)行器的位置輸出過程復(fù)雜，速度低，精度差的問題；也克服了傳統(tǒng)光電式非接觸位置采集裝置在系統(tǒng)掉電后無法繼續(xù)采集位置信息，無法實現(xiàn)實時性；采用備用電源技術(shù)，保證位置檢測的實時性；特殊的控制方式實現(xiàn)供電方式的全自動切換，無需增加備用電源與系統(tǒng)供電切換操控旋鈕，使操控更加簡便，同時實現(xiàn)了低功耗，耗電量低至幾mA，普通1200mAh的電池可持續(xù)工作5年以上。

圖1為本實用新型一種電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置的部件分解圖；圖2a、圖2b和圖2c為圖1的檢測裝置中旋轉(zhuǎn)編碼盤及相關(guān)部位的三個不同視角的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為電動執(zhí)行器傳動裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為信號處理電路的示意圖；圖5為電源控制電路的示意圖。附圖標記說明
具體實施方式
如圖1 3所示，本實用新型一種用于電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置 10中，旋轉(zhuǎn)編碼盤4通過定位螺釘固定在蝸桿3上并可隨電機8轉(zhuǎn)動，圖1中的蝸桿3(相當于圖3中的蝸桿9)與電機8的輸出軸連接，蝸桿9轉(zhuǎn)動時通過蝸輪11帶動電動執(zhí)行器的輸出軸12。一對磁鐵2嵌裝在磁極定位板1的磁鐵定位孔中，這兩個磁鐵位于旋轉(zhuǎn)編碼盤4 的一側(cè)，在旋轉(zhuǎn)編碼盤4的圓周向上分開一定距離，一對霍爾傳感器6 (開關(guān)型霍爾磁感應(yīng)傳感器)位于旋轉(zhuǎn)編碼盤4的另一側(cè)，位置分別與兩個磁鐵對應(yīng)。信號處理電路集成在PCB板5上，霍爾傳感器也都固定在PCB板5上，而磁極定位板1和PCB板5用兩個定位螺釘固定在執(zhí)行器箱體7上利用銅柱將磁極定位板1與信號處理電路PCB板5相互固定，同時使兩者間產(chǎn)生間隙，使霍爾傳感器形成固定強度的磁場。旋轉(zhuǎn)編碼盤4材質(zhì)為鐵質(zhì)，位于磁極定位板1與PCB板5的間隙中，且與磁極定位板1和信號處理電路PCB板5的距離相同。旋轉(zhuǎn)編碼盤4外圓周均勻分布若干缺口，構(gòu)成齒狀編碼盤。當電機8轉(zhuǎn)動時，旋轉(zhuǎn)編碼盤4隨蝸桿3轉(zhuǎn)動，齒狀編碼盤的齒部阻擋磁場，缺口部分使磁場通過，從而使霍爾傳感器6產(chǎn)生規(guī)則的脈沖信號，并發(fā)送至信號處理電路。信號處理電路通過處理該脈沖信號，判斷電機轉(zhuǎn)速、方向。如圖4、5所示，信號處理電路中的主控電路采用由型號為MSP430F20120的單片機 IC1、霍爾傳感器Hl和霍爾傳感器H2的輸出端分別接入單片機ICl的輸入端口 Pl. 0、P1. 1， 單片機ICl通過SPI總線方式與電動執(zhí)行器主控板的主控制CPU進行通信。其中電源控制電路中，無需增設(shè)電源切換控制按鈕，應(yīng)用MOSFET場效應(yīng)管Q5 (相當于切換開關(guān))實現(xiàn)電源供電與系統(tǒng)供電的自動切換，當系統(tǒng)供電時Q5截至，位置檢測控制電路由SYS-P0W-0UT部分供電，即有系統(tǒng)供電；系統(tǒng)掉電時，Q5導通連接Battery3. 6V, 由電池進行供電；霍爾傳感器的耗電量很大，應(yīng)用MOSFET場效應(yīng)管Ql (相當于輸出控制開關(guān))的柵極與單片機MSP430F20120的P2. 0腳EN-HELL相連，由軟件對霍爾傳感器實現(xiàn)掃描式供電控制，降低系統(tǒng)的整體功耗，使位置檢測裝置功耗低至幾mA。電源控制電路中還可以根據(jù)需要設(shè)置整流用的二極管D1、二極管D2，以及用于測試或分壓的電阻等元件。本實用新型的工作原理是經(jīng)過行程定位操作，通過霍爾傳感器輸出的高低電平變化進行計數(shù)，設(shè)定行程的零點與滿程，按所占全行程百分比的方式計算實時行程。在運行狀態(tài)中電動執(zhí)行器主控制板的主控制CPU接受外部輸入的電機運行指令，令電機正反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)，蝸桿隨電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生相應(yīng)的位移，在此過程中位置檢測裝置通過霍爾傳感器的高低電平變化進行計數(shù)，完成電機轉(zhuǎn)動圈數(shù)的測定，通過兩個霍爾傳感器的相位差，判斷電機運行方向，從而確定計數(shù)值的增減，并按照所占全行程百分比的方式計算實時行程。行程零點、滿程一經(jīng)設(shè)定都會存儲到單片機的內(nèi)部Flash中，當系統(tǒng)掉電時，實時行程也會存儲到單片機的內(nèi)部Flash中，保證信息不丟失。電源控制電路實現(xiàn)了當系統(tǒng)掉電后進行手動操作時的位置檢測，保證位置信息的實時性。
權(quán)利要求1.一種電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，包括與所述電動執(zhí)行器中的電機主軸相配合的旋轉(zhuǎn)編碼盤；位于所述旋轉(zhuǎn)編碼盤一側(cè)的固定磁場發(fā)生部件；位于所述旋轉(zhuǎn)編碼盤另一側(cè)的用于感應(yīng)磁場的霍爾傳感器用于接收并處理所述霍爾傳感器的輸出信號的信號處理電路。
2.如權(quán)利要求1所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，所述霍爾傳感器為開關(guān)型霍爾磁感應(yīng)傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)編碼盤同軸的固定在電機主軸上，或同軸的固定在與電機主軸相聯(lián)動的蝸桿上。
4.如權(quán)利要求3所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)編碼盤的外圓軸均勻分布有若干缺口。
5.如權(quán)利要求4所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，設(shè)有磁極定位板，所述固定磁場發(fā)生部件安裝在該磁極定位板上。
6.如權(quán)利要求5所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，所述固定磁場發(fā)生部件以及霍爾傳感器為相互匹配的兩對。
7.如權(quán)利要求1 6任一項所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，所述信號處理電路包括與霍爾傳感器的信號輸出端相連的主控電路和用于向霍爾傳感器及主控電路供電的電源控制電路。
8.如權(quán)利要求7所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，所述電源控制電路包括切換開關(guān)以及輸出控制開關(guān)，所述切換開關(guān)具有兩個可選的輸入端，分別與常用電源和備用電源連接，所述切換開關(guān)的輸出端與輸出控制開關(guān)的電源輸入端連接，輸出控制開關(guān)的電源輸出端即作為電源控制電路的輸出端。
9.如權(quán)利要求8所述的電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，其特征在于，所述輸出控制開關(guān)的控制信號輸入端接入并受控于所述主控電路。
專利摘要本實用新型公開了一種電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置，包括與所述電動執(zhí)行器中的電機主軸相配合的旋轉(zhuǎn)編碼盤；位于所述旋轉(zhuǎn)編碼盤一側(cè)的固定磁場發(fā)生部件；位于所述旋轉(zhuǎn)編碼盤另一側(cè)的用于感應(yīng)磁場的霍爾傳感器用于接收并處理所述霍爾傳感器的輸出信號的信號處理電路。本實用新型電動執(zhí)行器的非接觸式實時位置檢測裝置采用磁電感應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)了非接觸式的位置采集，克服了電位器或其他模擬測量元件檢測執(zhí)行器的位置輸出過程復(fù)雜，速度低，精度差的問題；操控更加簡便，同時實現(xiàn)了低功耗。
文檔編號G01D5/244GK202083402SQ20112019524
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者楊士雪, 趙雁冰, 郝曉兵 申請人:天津奧美自動化系統(tǒng)有限公司