一种功能安全编码器的制作方法

1.本实用新型公开涉及编码器技术领域，尤其涉及一种功能安全编码器。


背景技术：

2.在起重机、升降机、风力涡轮机等高安全性要求的工业自动化系统中，往往要求所使用的编码器具有功能安全特性，以保证编码器的输出信号具有高可靠性和高安全性。现有技术一般通过冗余设计实现编码器在高安全性要求环境中的功能安全。
3.编码器分为增量编码器和绝对值编码器，其中绝对值编码器又分为多圈绝对值编码器和单圈绝对值编码器，在自动化控制领域，能同时显示圈数和位置信息的多圈绝对值编码器得到越来越广泛的应用，在功能安全控制领域，现有技术之冗余编码器主要包括两种方式实现：一种是电气冗余设计，这种解决方案主要通过将多个同类型单圈传感器芯片在同一平面互成一定角度地布置于一个编码器内，以确保当一个或多个传感器芯片损坏时其他传感器能够持续输出信号，但是这种方案一般都只是单圈的冗余设计，多圈的圈数信息还需要别的机构单独记录，结构及电气信号处理都比较复杂且传感器i/o接口多，给安装维护带来不便。
4.另一种解决方案是机械冗余设计，这种方案主要通过将两个或多个多圈绝对值编码器进行机械式的叠加，其实质是双编码器或多编码器的机械并联，当一个编码器无法正常工作时，启动另一个编码器实现输出信号的持续性，但这种解决方案存在结构复杂、体积庞大等不足，且叠加时由于各编码器安装连接点的存在，编码器之间的同步精度大大降低，易存在两个编码器之间的输出信号不一致、不同步，从而引起系统报错。


技术实现要素：

5.鉴于此，本实用新型公开提供了一种功能安全编码器，以解决现有技术中冗余技术所存在的编码器机械及电气结构复杂、体积庞大及输出信号不同步等问题；
6.本实用新型提供的技术方案，具体为，一种功能安全编码器，包括编码器旋转测量主轴、编码器法兰基座、第一多圈齿轮组、第二多圈齿轮组、磁钢、磁钢底座、第一磁感应检测芯片、第二磁感应检测芯片、数据线一、数据线二、数据线三、信号处理电路板、电源电路板；所述编码器旋转测量主轴安装在编码器法兰基座上，编码器旋转测量主轴的表面加工设有齿轮，所述第一多圈齿轮组、第二多圈齿轮组并联套接在编码器旋转测量主轴上，与齿轮形成齿轮配合；所述编码器旋转测量主轴上部安装有磁钢底座，所述磁钢固定在磁钢底座的凹槽中，所述磁钢的正上方依次设有信号处理电路板和电源电路板，信号处理电路板和电源电路板间通过数据线三连接；所述信号处理电路板的上下两侧分别布置有第一磁感应检测芯片、第二磁感应检测芯片，第一磁感应检测芯片、第二磁感应检测芯片与磁钢呈对中布置；所述第一多圈齿轮组与信号处理电路板间通过数据线一连接，所述第二多圈齿轮组与信号处理电路板通过数据线二连接。
7.所述齿轮采用能够贯穿多圈齿轮组和多圈齿轮组的长度。
8.一种功能安全编码器还包括壳体，壳体为金属材料外罩，过盈套装在编码器法兰基座上。
9.所述磁钢的n、s极为径向充磁。
10.所述第一多圈齿轮组、第二多圈齿轮组结构相同，内部含有相同减速比的减速齿轮。
11.所述信号处理电路板上具有两套相同独立的数据处理电路，分别用于同步处理多圈齿轮组和多圈齿轮组的数据及磁感应检测芯片和磁感应检测芯片的数据。
12.本实用新型提供的一种功能安全编码器具有体积小、结构简单、同步性好、安全性高等优点。
13.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型的公开。
附图说明
14.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型公开实施例提供的功能安全编码器的结构示意图。
具体实施方式
17.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的系统的例子。
18.如图1所示，本实施方案提供了一种新型结构方案的功能安全编码器，包括编码器旋转测量主轴1、编码器法兰基座2、两个并联设置的第一多圈齿轮组3和第二多圈齿轮组4、随主轴旋转的磁钢5及位于磁钢5正上方呈上下对中布置的两个磁感应检测芯片，分别为第一磁感应检测芯片6和第二磁感应检测芯片7、磁钢底座8、数据线一9、数据线二10、数据线三11、信号处理电路板12、电源电路板13、壳体14。
19.编码器旋转测量主轴1安装在编码器法兰基座2上，编码器旋转测量主轴1表面加工有齿轮111，齿轮111的长度贯穿第一多圈齿轮组3和第二多圈齿轮组4，分别与第一多圈齿轮组3和第二多圈齿轮组4形成齿轮配合；
20.磁钢5固定在磁钢底座8的凹槽中，磁钢5的n、s极为径向充磁，在磁钢5的正上方存在信号处理电路板12和电源电路板13，信号处理电路板12和电源电路板13通过数据线三11连接，电源电路板13为整个电路提供电源支持；磁感应检测芯片6和磁感应检测芯片7分布在信号处理电路板12的上下两侧，与磁钢5呈上下对中布置，第一多圈齿轮组3通过数据线一9将数据传输给信号处理电路板12，第二多圈齿轮组4通过第数据线二10将数据传输给信号处理电路板12，信号处理电路板12上具有两套相同独立的数据处理电路用于同步处理第
一多圈齿轮组3和第二多圈齿轮组4的数据以及磁感应检测芯片6和磁感应检测芯片7的数据；
21.其中多圈齿轮组3和多圈齿轮组4两者结构相同，内部含有相同减速比的减速齿轮。壳体14为金属材料外罩，过盈套装在编码器法兰基座2上，并保护内部电路系统免受外部磁场干扰。
22.本实施方案中的多圈齿轮组结构可采用现有技术中的光学多圈编码器中的一组减速齿轮。
23.工作时，编码器旋转测量主轴1与控制系统主轴同轴连接旋转，其上的齿轮111同时带动第一多圈齿轮组3和第二多圈齿轮组4旋转，第一多圈齿轮组3和第二多圈齿轮组4分别通过检测各自内部减速齿轮转过的角度，计算出编码器旋转测量主轴1的旋转圈数，并分别通过数据线一9、数据线二10传输到信号处理电路板12，信号处理电路板12分别将两个多圈检测获得的数据存储到两套独立的数据处理电路中，分别作为旋转测量角度数据计数的高位；而编码器旋转测量主轴1在旋转的同时会带动磁钢底座中8的磁钢5旋转，磁钢5旋转的过程中，位于磁钢5正上方，呈上下对中布置于信号处理电路板12的磁感应检测芯片6和磁感应检测芯片7通过感测磁钢5的磁场变化，分别检测出磁钢5的旋转角度即编码器旋转测量主轴1的旋转角度，然后分别进入到信号处理电路板12的两套独立的数据处理电路中，分别作为旋转测量角度数据计数的低位，然后分别经过数据运算，分别输出两路同步且独立的数据，两路数据可以相互比较，作为信号系统的冗余设计，避免了传统多编码器冗余系统不同步报错。
24.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本技术旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求指出。
25.应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。