1.一种机械多圈绝对式时栅编码器,其特征在于:包括第一转轴(1)、第二转轴(2)、第三转轴(3)、第一时栅角度传感单元(4)、第二时栅角度传感单元(5)和信号处理系统;
第一转轴(1)具有导磁的第一偏心轴颈(12),第一转轴(1)上同轴固定有齿数为z1的导磁的第一齿轮(11),第二转轴(2)上同轴固定有齿数为z2的第二齿轮(21)和齿数为z3的第三齿轮(22),第三转轴(3)具有导磁的第二偏心轴颈(32),第三转轴(3)上同轴固定有齿数为z4的导磁的第四齿轮(31),第一齿轮(11)与第二齿轮(21)啮合,第三齿轮(22)与第四齿轮(31)啮合;其中,令M=z1*z3,N=z2*z4,M与N互为质数;
第一时栅角度传感单元(4)包括第一扇环形定测头(41)和第一圆环形定测头(42),第一扇环形定测头(41)同轴旁置在第一齿轮(11)外侧,且与第一齿轮(11)之间留有间隙,第一圆环形定测头(42)套在第一偏心轴颈(12)外,且与第一偏心轴颈(12)之间留有间隙,第一圆环形定测头(42)的轴线与第一转轴(1)的轴线重合;第二时栅角度传感单元(5)包括第二扇环形定测头(51)和第二圆环形定测头(52),第二扇环形定测头(51)同轴旁置在第四齿轮(31)外侧,且与第四齿轮(31)之间留有间隙,第二圆环形定测头(52)套在第二偏心轴颈(32)外,且与第二偏心轴颈(32)之间留有间隙,第二圆环形定测头(52)的轴线与第二转轴(2)的轴线重合;第一扇环形定测头(41)、第一圆环形定测头(42)、第二扇环形定测头(51)和第二圆环形定测头(52)与信号处理系统连接;
信号处理系统产生激励信号作用于第一扇环形定测头(41)、第一圆环形定测头(42)、第二扇环形定测头(51)和第二圆环形定测头(52)上的激励线圈,当第一转轴(1)作为主动轴转动,第二转轴(2)、第三转轴(3)作为从动轴转动时,信号处理系统对第一扇环形定测头(41)、第一圆环形定测头(42)、第二扇环形定测头(51)和第二圆环形定测头(52)上的感应线圈输出的感应信号进行处理,得到第一转轴(1)转动的圈数n1和第一转轴(1)在[0,360°*N)多圈范围内的绝对角度
2.根据权利要求1所述的机械多圈绝对式时栅编码器,其特征在于:所述第一转轴(1)为导磁的齿轮轴,第一齿轮(11)为在第一转轴上直接加工而成的齿轮;所述第二转轴(2)为齿轮轴,第二齿轮(21)和第三齿轮(22)为在第二转轴(2)上直接加工而成的齿轮;所述第三转轴(3)为导磁的齿轮轴,第四齿轮(31)为在第三转轴上直接加工而成的齿轮。
3.根据权利要求1或2所述的机械多圈绝对式时栅编码器,其特征在于:得到第一转轴(1)转动的圈数n1和第一转轴(1)在[0,360°*N)多圈范围内的绝对角度 的具体方式为:信号处理系统对第一扇环形定测头(41)上的感应线圈输出的多极感应信号和第一圆环形定测头(42)上的感应线圈输出的单极感应信号进行处理,得到第一转轴(1)在[0,
360°)单圈范围内的绝对角度θ1;
信号处理系统对第二扇环形定测头(51)上的感应线圈输出的多极感应信号和第二圆环形定测头(52)上的感应线圈输出的单极感应信号进行处理,得到第三转轴(3)在[0,
360°)单圈范围内的绝对角度θ4;
信号处理系统利用公式: 计算所述第一转轴(1)转动的圈数n1;其中,
Floor()表示向下取整运算,Δθ′表示第一角度差,Δθ′=θ1‑θ4,K′表示第一周差角,信号处理系统利用公式: 计算所述第一转轴(1)在[0,360°*N)多圈范围内的绝对角度
4.根据权利要求2或3所述的机械多圈绝对式时栅编码器,其特征在于:
信号处理系统对第一扇环形定测头(41)上的感应线圈输出的多极感应信号进行处理,得到第一转轴(1)转到某个位置时的精测角度测量值β′;
信号处理系统对第一圆环形定测头(42)上的感应线圈输出的单极感应信号进行处理,得到第一转轴(1)转到某个位置时的粗测角度测量值β′0;
信号处理系统利用公式: 计算所述第一转轴(1)在[0,
360°)单圈范围内的绝对角度θ1;
信号处理系统对第二扇环形定测头(51)上的感应线圈输出的多极感应信号进行处理,得到第三转轴(3)转到某个位置时的精测角度测量值β″;
信号处理系统对第二圆环形定测头(52)上的感应线圈输出的单极感应信号进行处理,得到第三转轴(3)转到某个位置时的粗测角度测量值β″0;
信号处理系统利用公式: 计算所述第三转轴(3)在[0,
360°)单圈范围内的绝对角度θ4。