CN202083402U - 一种电动执行器的非接触式实时位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动执行器的非接触式实时位置检测装置，包括：与所述电动执行器中的电机主轴相配合的旋转编码盘；位于所述旋转编码盘一侧的固定磁场发生部件；位于所述旋转编码盘另一侧的用于感应磁场的霍尔传感器：用于接收并处理所述霍尔传感器的输出信号的信号处理电路。本实用新型电动执行器的非接触式实时位置检测装置采用磁电感应技术实现了非接触式的位置采集，克服了电位器或其他模拟测量元件检测执行器的位置输出过程复杂，速度低，精度差的问题；操控更加简便，同时实现了低功耗。

Description

一种电动执行器的非接触式实时位置检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于电动执行器的非接触式实时位置检测装置，尤指一种用于电动执行器且可以实现实时阀位采集非接触数字式位置检测装置。

背景技术

电动执行器是一种实现节约能源、保护环境、循环经济的重要检测与控制设备，而调节型电动执行器的位置检测又是一个关键环节，因为位置检测的准确与否直接影响到生产过程、产品质量和节能减耗。这就要求电动执行器的位置检测装置不仅要具备高精度、高稳定性的位置检测功能，还要具备掉电后的位置检测功能。

目前，电动执行器的位置检测装置一般采用三种方式，一种是采用电位器或其他模拟测量元件检测执行器的位置输出，通过AD转换后获得电位器的位置反馈信号，过程复杂，速度低，精度差；一种是采用光电数字技术，采用系统供电的方式，一旦系统掉电便无法实现掉电后的位置采集，且光电式位置采集装置对工作环境要求较高，易受粉尘等问题影响；再有就是采用备用电源的控制方式，但位置采集装置耗电量大，经常性更换备用电源，增加售后及服务成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种操控简便，功耗低的电动执行机构的位置检测装置。

一种电动执行器的非接触式实时位置检测装置，包括：

与所述电动执行器中的电机主轴相配合的旋转编码盘；

位于所述旋转编码盘一侧的固定磁场发生部件；

位于所述旋转编码盘另一侧的用于感应磁场的霍尔传感器：

用于接收并处理所述霍尔传感器的输出信号的信号处理电路。

所述霍尔传感器为开关型霍尔磁感应传感器，可以感应磁场的变化，并输出数字信号。

所述旋转编码盘要求可以被电机主轴带动，旋转编码盘可以同轴的固定在电机主轴上，也可以同轴的固定在与电机主轴相联动的蜗杆上。

由于旋转编码盘位于固定磁场发生部件和霍尔传感器之间，因此要求旋转编码盘转动时可以改变磁场，作为优选所述旋转编码盘的外圆轴均匀分布有若干缺口，即构成齿状的编码盘。旋转编码盘的材质可以采用铁等。

固定磁场发生部件和霍尔传感器与旋转编码盘轴线的垂直距离与所述缺口位置对应，旋转编码盘转动时霍尔传感器通过缺口感应的磁场强度会发生变化。

所述固定磁场发生部件可以采用磁铁等。为了固定和安装固定磁场发生部件，设有磁极定位板，所述固定磁场发生部件安装在该磁极定位板上。

作为优选，所述固定磁场发生部件以及霍尔传感器为相互匹配的两对，即两个霍尔传感器分别感应与其对应的那个固定磁场发生部件所发出的磁场。两个固定磁场发生部件在旋转编码盘的圆周向隔开一定距离，并安装在磁极定位板上。

旋转编码盘受电机转动切割磁场，变化的磁场使对应的霍尔传感器产生有规则的脉冲波形，通过信号处理电路对两个传感器产生的脉冲信号进行信号处理，根据两霍尔传感器产生波形的相位差的计算就可以实现对电机转速、运行方向的检测。

所述信号处理电路包括与霍尔传感器的信号输出端相连的主控电路和用于向霍尔传感器及主控电路供电的电源控制电路。

其中所述主控电路可以采用单片机，并与所述电动执行器主控板的主控制CPU进行通信。

所述电源控制电路包括切换开关以及输出控制开关，所述切换开关具有两个可选的输入端，分别与常用电源和备用电源连接，所述切换开关的输出端与输出控制开关的电源输入端连接，输出控制开关的电源输出端即作为电源控制电路的输出端。输出控制开关的控制信号输入端接入并受控于所述主控电路。

本实用新型采用的霍尔传感器具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，采用霍尔传感器克服了光电传感器易受灰尘影响，对应用环境要求较高的缺陷。

本实用新型电动执行器的非接触式实时位置检测装置采用磁电感应技术实现了非接触式的位置采集，克服了电位器或其他模拟测量元件检测执行器的位置输出过程复杂，速度低，精度差的问题；也克服了传统光电式非接触位置采集装置在系统掉电后无法继续采集位置信息，无法实现实时性；采用备用电源技术，保证位置检测的实时性；特殊的控制方式实现供电方式的全自动切换，无需增加备用电源与系统供电切换操控旋钮，使操控更加简便，同时实现了低功耗，耗电量低至几mA，普通1200mAh的电池可持续工作5年以上。

附图说明

图1为本实用新型一种电动执行器的非接触式实时位置检测装置的部件分解图；

图2a、图2b和图2c为图1的检测装置中旋转编码盘及相关部位的三个不同视角的结构示意图；

图3为电动执行器传动装置结构示意图；

图4为信号处理电路的示意图；

图5为电源控制电路的示意图。

附图标记说明：

具体实施方式

如图1～3所示，本实用新型一种用于电动执行器的非接触式实时位置检测装置10中，旋转编码盘4通过定位螺钉固定在蜗杆3上并可随电机8转动，图1中的蜗杆3(相当于图3中的蜗杆9)与电机8的输出轴连接，蜗杆9转动时通过蜗轮11带动电动执行器的输出轴12。

一对磁铁2嵌装在磁极定位板1的磁铁定位孔中，这两个磁铁位于旋转编码盘4的一侧，在旋转编码盘4的圆周向上分开一定距离，

一对霍尔传感器6(开关型霍尔磁感应传感器)位于旋转编码盘4的另一侧，位置分别与两个磁铁对应。

信号处理电路集成在PCB板5上，霍尔传感器也都固定在PCB板5上，而磁极定位板1和PCB板5用两个定位螺钉固定在执行器箱体7上

利用铜柱将磁极定位板1与信号处理电路PCB板5相互固定，同时使两者间产生间隙，使霍尔传感器形成固定强度的磁场。

旋转编码盘4材质为铁质，位于磁极定位板1与PCB板5的间隙中，且与磁极定位板1和信号处理电路PCB板5的距离相同。旋转编码盘4外圆周均匀分布若干缺口，构成齿状编码盘。

当电机8转动时，旋转编码盘4随蜗杆3转动，齿状编码盘的齿部阻挡磁场，缺口部分使磁场通过，从而使霍尔传感器6产生规则的脉冲信号，并发送至信号处理电路。信号处理电路通过处理该脉冲信号，判断电机转速、方向。

如图4、5所示，信号处理电路中的主控电路采用由型号为MSP430F20120的单片机IC1、霍尔传感器H1和霍尔传感器H2的输出端分别接入单片机IC1的输入端口P1.0、P1.1，单片机IC1通过SPI总线方式与电动执行器主控板的主控制CPU进行通信。

其中电源控制电路中，无需增设电源切换控制按钮，应用MOSFET场效应管Q5(相当于切换开关)实现电源供电与系统供电的自动切换，当系统供电时Q5截至，位置检测控制电路由SYS-POW-OUT部分供电，即有系统供电；系统掉电时，Q5导通连接Battery3.6V，由电池进行供电；霍尔传感器的耗电量很大，应用MOSFET场效应管Q1(相当于输出控制开关)的栅极与单片机MSP430F20120的P2.0脚EN-HELL相连，由软件对霍尔传感器实现扫描式供电控制，降低系统的整体功耗，使位置检测装置功耗低至几mA。电源控制电路中还可以根据需要设置整流用的二极管D1、二极管D2，以及用于测试或分压的电阻等元件。

本实用新型的工作原理是：经过行程定位操作，通过霍尔传感器输出的高低电平变化进行计数，设定行程的零点与满程，按所占全行程百分比的方式计算实时行程。在运行状态中电动执行器主控制板的主控制CPU接受外部输入的电机运行指令，令电机正反转或停转，蜗杆随电机转动产生相应的位移，在此过程中位置检测装置通过霍尔传感器的高低电平变化进行计数，完成电机转动圈数的测定，通过两个霍尔传感器的相位差，判断电机运行方向，从而确定计数值的增减，并按照所占全行程百分比的方式计算实时行程。行程零点、满程一经设定都会存储到单片机的内部Flash中，当系统掉电时，实时行程也会存储到单片机的内部Flash中，保证信息不丢失。电源控制电路实现了当系统掉电后进行手动操作时的位置检测，保证位置信息的实时性。

Claims (9)

1.一种电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，包括：

与所述电动执行器中的电机主轴相配合的旋转编码盘；

位于所述旋转编码盘一侧的固定磁场发生部件；

位于所述旋转编码盘另一侧的用于感应磁场的霍尔传感器：

用于接收并处理所述霍尔传感器的输出信号的信号处理电路。

2.如权利要求1所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，所述霍尔传感器为开关型霍尔磁感应传感器。

3.如权利要求2所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，所述旋转编码盘同轴的固定在电机主轴上，或同轴的固定在与电机主轴相联动的蜗杆上。

4.如权利要求3所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，所述旋转编码盘的外圆轴均匀分布有若干缺口。

5.如权利要求4所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，设有磁极定位板，所述固定磁场发生部件安装在该磁极定位板上。

6.如权利要求5所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，所述固定磁场发生部件以及霍尔传感器为相互匹配的两对。

7.如权利要求1～6任一项所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括与霍尔传感器的信号输出端相连的主控电路和用于向霍尔传感器及主控电路供电的电源控制电路。

8.如权利要求7所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，所述电源控制电路包括切换开关以及输出控制开关，所述切换开关具有两个可选的输入端，分别与常用电源和备用电源连接，所述切换开关的输出端与输出控制开关的电源输入端连接，输出控制开关的电源输出端即作为电源控制电路的输出端。

9.如权利要求8所述的电动执行器的非接触式实时位置检测装置，其特征在于，所述输出控制开关的控制信号输入端接入并受控于所述主控电路。

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