CN105333891A - 编码装置、编码方法及医疗病床 - Google Patents

Abstract

一种编码装置、编码方法及医疗病床，所述编码装置包括：磁条组和线圈组，所述磁条组包括第一磁条组和第二磁条，所述线圈组包括第一线圈对和第二线圈对；所述第一磁条组包括：N个第一磁条，N为大于1的整数，后一个第一磁条的第一端连接前一个第一磁条的第二端；所述第一磁条组的长度与所述第二磁条的长度相等；所述第一线圈对适于与所述第一磁条组产生相对运动，所述第二线圈对适于与所述第二磁条产生相对运动，所述第一线圈对与第二线圈对的相对位置固定，所述第一磁条组和所述第二磁条的相对位置固定。

Description

编码装置、编码方法及医疗病床

技术领域

本发明涉及一种编码装置、编码方法及医疗病床。

背景技术

出于安全性和操作性的考虑，在医疗行业的运动控制中往往需要线位移的绝对位置反馈。现有磁电式绝对值圆编码器通过90度正交的一对霍尔线圈实现单圈的绝对位置编码，再通过齿轮组减速实现圈数的绝对位置编码，从而实现了多圈的绝对位置编码。

目前，应用于线位移测量的磁感应芯片普遍通过霍尔感应产生增量式的位置信号。霍尔组件在沿磁条方向运动时，产生一个正弦信号，通过内插可以获得增量式位置信号。

然而，现有的线位移绝对值编码装置的精度较低，不能满足医疗设备的需求。

发明内容

本发明解决的问题是现有编码装置的精度较低。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种编码装置，包括：磁条组和线圈组，所述磁条组包括第一磁条组和第二磁条，所述线圈组包括第一线圈对和第二线圈对；

所述第一磁条组包括：N个第一磁条，N为大于1的整数，后一个第一磁条的第一端连接前一个第一磁条的第二端；

所述第一磁条组的长度与所述第二磁条的长度相等；

所述第一线圈对适于与所述第一磁条组产生相对运动，所述第二线圈对适于与所述第二磁条产生相对运动，所述第一线圈对与第二线圈对的相对位置固定，所述第一磁条组和所述第二磁条的相对位置固定。

可选的，所述第一磁条组中的第1个第一磁条的第一端与所述第二磁条的第一端相对，最后一个第一磁条的第二端与所述第二磁条的第二端相对。

可选的，所述第一线圈对包括：第一线圈和第二线圈，所述第一磁条的长度是所述第一线圈和第二线圈的距离的整数倍。

可选的，所述第二线圈对包括：第三线圈和第四线圈，所述第二磁条的长度是所述第三线圈和第四线圈的距离的整数倍。

可选的，所述第一磁条组包括4个第一磁条，所述第一线圈对包括：第一线圈和第二线圈，所述第一磁条的长度是所述第一线圈和第二线圈的距离的4倍，所述第二线圈对包括：第三线圈和第四线圈，所述第二磁条的长度是所述第三线圈和第四线圈的距离的4倍。

可选的，所述第一磁条为直条状磁体或环状磁体，所述第二磁条为直条状磁体或环状磁体。

可选的，所述第一磁条组与第二磁条平行。

本发明实施例还提供一种利用上述编码装置进行编码的编码方法，包括：

使所述第一线圈对和第二线圈对同时与所述第一磁条组和第二磁条产生相对运动；

获得与所述第一线圈对的电压值对应的第一位置数值；

获得与所述第二线圈对的电压值对应的第二位置数值；

将所述第一位置数值和第二位置数值的累加结果作为最终位置编码。

可选的，所述编码方法还包括：

建立所述第一线圈对和所述第一磁条的相对位置数值与所述第一线圈对的电压值的对应关系；

建立所述第二线圈对和所述第二磁条的相对位置数值与所述第二线圈对的电压值的对应关系。

可选的，所述获得与所述第一线圈对的电压值对应的第一位置数值包括：

基于所述第一线圈对和所述第一磁条的相对位置数值与所述第一线圈对的电压值的对应关系获得与所述第一线圈对的电压值对应的第一位置数值。

可选的，所述获得与所述第二线圈对的电压值对应的第二位置数值包括：

基于所述第二线圈对和所述第二磁条的相对位置数值与所述第一线圈对的电压值的对应关系获得与所述第二线圈对的电压值对应的第二位置数值。

可选的，所述第一线圈对与所述第一磁条组的相对运动轨迹与所述第一磁条组平行，所述第二线圈对与所述第二磁条的相对运动轨迹与所述第二磁条平行。

本发明实施例还提供一种医疗病床，包括：上述的编码装置，所述编码装置适于对所述医疗病床的位置进行编码。

与现有技术相比，本发明的技术方案依据两组磁条和两组线圈对获得两个位置数值，将两个位置数值的累加结果作为最终位置编码，明显提高了编码的精度。

附图说明

图1是本发明实施例的编码装置结构示意图；

图2是本发明实施例的磁条与感应信号波形的对应关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种编码装置，所述编码装置包括磁条组和线圈组，所述磁条组包括第一磁条组11和第二磁条21，所述线圈组包括第一线圈对12和第二线圈对22。

所述第一磁条组11包括：N个第一磁条111，N为大于1的整数，后一个第一磁条111的第一端连接前一个第一磁条111的第二端。所述第一磁条组11的长度L1与所述第二磁条21的长度L1相等。所述第一线圈对12适于与所述第一磁条组11产生相对运动，所述第二线圈对22适于与所述第二磁条21产生相对运动，所述第一线圈对12与第二线圈对22的相对位置固定，所述第一磁条组11和所述第二磁条21的相对位置固定。

所述第一磁条111可以为直条状磁体或环状磁体，所述第二磁条21为直条状磁体或环状磁体。直条状磁体或环状磁体均可以实现对直线位移或曲线位移的编码。以下实施例以第一磁条和第二磁条均为直条状磁体进行详细说明，本领域技术人员可以根据直条状磁体的实施方式获知环状磁体的实现方式，例如将环状磁体分布在圆周上，通过运动机构转换，可以获得圆周上位移的编码。

在图1所示的编码装置中，第一磁条组11包括4个第一磁条111。所述第一磁条111的第一端为N极端面，第二端为S极端面。第2个第一磁条111的第一端连接第1个第一磁条111的第二端，即第2个第一磁条111的N极端面连接第1个第一磁条111的S极端面。与此类似的，第3个第一磁条111的第一端连接第2个第一磁条111的第二端，第4个第一磁条111的第一端连接第3个第一磁条111的第二端。第二磁条21的第一端为N极端面，第二端为S极端面。第一磁条组11中的第1个第一磁条111的第一端与所述第二磁条21的第一端相对，第4个第一磁条111的第二端与所述第二磁条21的第二端相对。所述“相对”所指的对应关系可以是位于同一条垂直线上。

在本实施例中，第一线圈对12与第一磁条组11可以产生相对运动、用于在相对运动中根据霍尔效应产生感应信号，第二线圈对22与第二磁条21可以产生相对运动、用于在相对运动中根据霍尔效应产生感应信号，但是，即便在相对运动中第一线圈对12与第二线圈对22的相对位置固定，第一磁条组11和所述第二磁条21的相对位置固定。所述第一磁条组11可以与第二磁条21平行。

所述第一线圈对12可以包括：第一线圈121和第二线圈122，所述第一磁条111的长度L2是所述第一线圈121和第二线圈122的距离L3的整数倍。所述第一线圈121和第二线圈122的距离是指：所述第一线圈121和第二线圈122的中心点的距离。所述第一线圈121和第二线圈122可以为一对霍尔线圈。

第一磁条111的长度L2与第一线圈121和第二线圈122的距离L3的比值决定了第一线圈对12与第一磁条组11可以产生相对运动时，第一线圈121和第二线圈122产生的感应信号的相位差。当L2/L3＝4时，第一线圈121和第二线圈122可以产生相位差为90度的两个感应信号。

所述第二线圈对22包括：第三线圈221和第四线圈222，所述第二磁条21的长度L1是所述第三线圈221和第四线圈222的距离L4的整数倍。所述第三线圈221和第四线圈222的距离是指：所述第三线圈221和第四线圈222的中心点的距离。所述第三线圈221和第四线圈222可以为一对霍尔线圈。

第二磁条21的长度L1与第三线圈221和第四线圈222的距离L4的比值决定了第二线圈对22与第二磁条21可以产生相对运动时，第三线圈221和第四线圈222产生的感应信号的相位差。当L1/L4＝4时，第三线圈221和第四线圈222可以产生相位差为90度的两个感应信号。

所述第一磁条111的长度L2与第一线圈121和第二线圈122的距离L3的比值可以与第二磁条21的长度L1与第三线圈221和第四线圈222的距离L4的比值相等。所述第一磁条组11中的第一磁条111的数量也可以与所述第一磁条111的长度L2与第一线圈121和第二线圈122的距离L3的比值和第二磁条21的长度L1与第三线圈221和第四线圈222的距离L4的比值相等，即N＝L2/L3＝L1/L4。

对应上述编码装置，本实施例提供一种编码方法，所述编码方法包括：

步骤S1，使所述第一线圈对12和第二线圈对22同时与所述第一磁条组11和第二磁条21产生相对运动；

步骤S2，获得与所述第一线圈对12的电压值对应的第一位置数值；

步骤S3，获得与所述第二线圈对22的电压值对应的第二位置数值；

步骤S5，将所述第一位置数值和第二位置数值的累加结果作为最终位置编码。

在步骤S1中，可以使第一磁条组11和第二磁条21处于相对静止，而第一线圈对12和第二线圈对22相对运动。也可以使第一线圈对12和第二线圈对22相对静止，而第一磁条组11和第二磁条21相对运动。但是，无论以上两种情况中，第一线圈对12与第二线圈对22的相对位置固定，第一磁条组11和所述第二磁条21的相对位置固定。所述第一线圈对12与所述第一磁条组11的相对运动轨迹可以与所述第一磁条组11平行，所述第二线圈对22与所述第二磁条21的相对运动轨迹可以与所述第二磁条21平行。

第一线圈对12和第二线圈对22在相对运动的过程中会产生感应信号，如图2所示，第一线圈121产生正弦信号W121，第二线圈122产生正弦信号W122，第三线圈221产生正弦信号W221，第四线圈222产生正弦信号W222。

感应信号的电压值与线圈对和磁条的相对位置是具有固定的对应关系，应用这种对应关系，可以依据感应信号的电压值获得第一线圈对12相对于第一磁条111的位置以及第二线圈对22相对于第二磁条21的位置。

第一磁条组11包括N个第一磁条111，第一线圈对12相对于每个第一磁条111运动时产生的感应信号是相同的，所以，第一线圈121和第二线圈122产生的正弦信号W121和正弦信号W122包括N个周期的正弦信号。而第二线圈对22相对于第二磁条21产生的正弦信号只有一个周期。

为了通过线圈对的电压值获得对应的位置数值，可以先建立线圈对的电压值与位置数值的对应关系。

具体的，建立所述第一线圈对12和所述第一磁条111的相对位置数值与所述第一线圈对12的电压值的对应关系，并基于所述对应关系获得与所述第一线圈对12的电压值对应的第一位置数值。建立所述第二线圈对22和所述第二磁条21的相对位置数值与所述第二线圈对22的电压值的对应关系，基于所述对应关系获得与所述第二线圈对22的电压值对应的第二位置数值。本实施例所述的相对位置数值与线圈电压值对应关系中的电压值是指电压值范围。

下面仍以第一磁条组11包括4个第一磁条111、所述第一磁条111的长度L2是第一线圈121和第二线圈122的距离L3的4倍、第二磁条21的长度L1是第三线圈221和第四线圈222的距离L4的4倍为例继续说明。

第一线圈121产生的正弦信号W121与第二线圈122产生的正弦信号W122的相位相差1/4个周期，每个第一磁条111对应一个周期的正弦信号W121和一个周期的正弦信号W122。第一磁条组11对应四个周期的正弦信号W121和四个周期的正弦信号W122。

图2示出了正弦信号W121和W122与第一磁条组11长度L1的对应关系，横轴表示长度，纵轴表示电压值。

第一磁条111的长度L2是可以被测量的已知数值，因此，每个第一磁条111的0极对位置、1/4极对位置、1/2极对位置、3/4极对位置和1极对位置对应的位置数值是可以获知的。例如，第一磁条111的长度为10mm，则第一磁条111的0极对位置对应的位置数值为0mm，1/4极对位置对应的位置数值为2.5mm，1/2极对位置对应的位置数值为5mm，3/4极对位置对应的位置数值为7.5mm。

对应每个第一磁条111的0极对位置，正弦信号W121的电压值大于0V且小于V1，正弦信号W122的电压值大于0V且小于V1；

对应每个第一磁条111的1/4极对位置，正弦信号W121的电压值大于0V且小于V1，正弦信号W122的电压值小于0V且大于-V1；

对应每个第一磁条111的1/2极对位置，正弦信号W121的电压值小于0V且大于-V1，正弦信号W122的电压值小于0V且大于-V1；

对应每个第一磁条111的3/4极对位置，正弦信号W121的电压值小于0V且大于-V1，正弦信号W122的电压值大于0V且小于V1。

第三线圈221产生的正弦信号W221与第四线圈222产生的正弦信号W222的相位相差1/4个周期。第二磁条21对应一个周期的正弦信号W221和一个正弦信号W222。

第二磁条21的长度L1也是可以被测量的已知数值，因此，第二磁条21的0极对位置、1/4极对位置、1/2极对位置、3/4极对位置和1极对位置对应的位置数值是可以获知的。例如，当第一磁条111的长度为10mm时，第二磁条21的长度为40mm，则第二磁条21的0极对位置对应的位置数值为0mm，1/4极对位置对应的位置数值为10mm，1/2极对位置对应的位置数值为20mm，3/4极对位置对应的位置数值为30mm。

对应第二磁条21的0极对位置，正弦信号W221的电压值大于0V且小于V2，正弦信号W222的电压值大于0V且小于V2；

对应第二磁条21的1/4极对位置，正弦信号W221的电压值大于0V且小于V2，正弦信号W222的电压值小于0V且大于-V2；

对应第二磁条21的1/2极对位置，正弦信号W221的电压值小于0V且大于-V2，正弦信号W222的电压值小于0V且大于-V2；

对应第二磁条21的3/4极对位置，正弦信号W221的电压值小于0V且大于-V2，正弦信号W222的电压值大于0V且小于V2。

由上述对应关系可以看出，由于每个线圈对产生的两个正弦信号具有固定的相位关系，所以每个线圈对的电压值对应一个位置数值。例如，测得第一线圈121的电压值为V1且第二线圈122的电压值为0V时，可以确定第一线圈对12对应第一磁条111的1/4极对位置。测得第三线圈221的电压值为-V2且第四线圈222的电压值为0V时，可以确定第二线圈对22对应第二磁条21的3/4极对位置。

建立线圈对的电压值与位置数值的对应关系的数量，可以根据实际需要进行设定，上述实施例仅以一个周期采集五个点做举例说明，但不应限制于此。

在本实施例步骤S3中获得的最终位置编码为第一位置数值和第二位置数值的累加结果，这样可以提高获得最终位置编码的精度。

具体的，假设第一磁条组11和第二磁条21固定在医疗病床的滑轨上，处于相对静止状态，第一磁条111长度为1m，第二磁条21长度为4m。第一线圈对12和第二线圈对22固定在医疗病床的床体上，该床体可以相对于滑轨产生运动。磁条与感应信号的对应关系如图2所示。第一线圈对12的初始位置对应第一磁条组11的第1个第一磁条111的0极对位置，第二线圈对22的初始位置对应第二磁条21的0极对位置。

床体从初始位置沿滑轨开始移动，即第一线圈对12在第一磁条组11的第1个第一磁条111的0极对位置开始运动，第二线圈对22以与第一线圈对12保持固定的相对位置关系的方式从第二磁条21的0极对位置开始同时运动。第一线圈对12和第二线圈对22相对于第一磁条组11和第二磁条21的位置体现了医疗病床现对于滑轨的位置。

床体滑动到某一位置时，测得第一线圈对12中第一线圈121的电压值为V1，第二线圈122的电压值为0V，第三线圈221的电压值大于0V且小于V2，第四线圈222的电压值小于0V且大于-V2。

依据第一线圈121和第二线圈122的电压值可以得知第一线圈对12当前对应第一磁条111的1/4极对位置，因此，获得的第一位置数值为0.25m。依据第三线圈221和第四线圈222的电压值可以得知第二线圈对22当前对应第二磁条21的1/4极对位置，因此，获得的第二位置数值为1m。将第一位置数值0.25m和第二位置数值为1m累加，获得当前床体的最终位置编码为1.25m。

由上述举例可以明显看出，相比于现有技术中只有一个磁条，只能对一个感应信号周期内的信号进行编码，在采样频率有限的情况下仅能编码几个位置，本实施例编码装置及编码方法依据两组磁条和两组线圈对获得两个位置数值，将两个位置数值的累加结果作为最终位置编码的方式，在相同采样频率下，较仅依靠一个磁条和一个线圈对来确定最终位置编码的方式，明显提高了编码的精度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种编码装置，其特征在于，包括：磁条组和线圈组，所述磁条组包括第一磁条组和第二磁条，所述线圈组包括第一线圈对和第二线圈对；

所述第一磁条组包括：N个第一磁条，N为大于1的整数，后一个第一磁条的第一端连接前一个第一磁条的第二端；

所述第一磁条组的长度与所述第二磁条的长度相等；

所述第一线圈对适于与所述第一磁条组产生相对运动，所述第二线圈对适于与所述第二磁条产生相对运动，所述第一线圈对与第二线圈对的相对位置固定，所述第一磁条组和所述第二磁条的相对位置固定。

2.如权利要求1所述的编码装置，其特征在于，所述第一磁条组中的第1个第一磁条的第一端与所述第二磁条的第一端相对，最后一个第一磁条的第二端与所述第二磁条的第二端相对。

3.如权利要求1所述的编码装置，其特征在于，所述第一线圈对包括：第一线圈和第二线圈，所述第一磁条的长度是所述第一线圈和第二线圈的距离的整数倍。

4.如权利要求1所述的编码装置，其特征在于，所述第二线圈对包括：第三线圈和第四线圈，所述第二磁条的长度是所述第三线圈和第四线圈的距离的整数倍。

5.如权利要求1所述的编码装置，其特征在于，所述第一磁条组包括4个第一磁条，所述第一线圈对包括：第一线圈和第二线圈，所述第一磁条的长度是所述第一线圈和第二线圈的距离的4倍，所述第二线圈对包括：第三线圈和第四线圈，所述第二磁条的长度是所述第三线圈和第四线圈的距离的4倍。

6.如权利要求1所述的编码装置，其特征在于，所述第一磁条为直条状磁体或环状磁体，所述第二磁条为直条状磁体或环状磁体。

7.如权利要求1所述的编码装置，其特征在于，所述第一磁条组与第二磁条平行。

8.一种利用权利要求1所述编码装置进行编码的编码方法，其特征在于，包括：

使所述第一线圈对和第二线圈对同时与所述第一磁条组和第二磁条产生相对运动；

获得与所述第一线圈对的电压值对应的第一位置数值；

获得与所述第二线圈对的电压值对应的第二位置数值；

将所述第一位置数值和第二位置数值的累加结果作为最终位置编码。

9.如权利要求8所述的编码方法，其特征在于，还包括：

建立所述第一线圈对和所述第一磁条的相对位置数值与所述第一线圈对的电压值的对应关系；

建立所述第二线圈对和所述第二磁条的相对位置数值与所述第二线圈对的电压值的对应关系。

10.如权利要求9所述的编码方法，其特征在于，所述获得与所述第一线圈对的电压值对应的第一位置数值包括：

基于所述第一线圈对和所述第一磁条的相对位置数值与所述第一线圈对的电压值的对应关系获得与所述第一线圈对的电压值对应的第一位置数值。

11.如权利要求9所述的编码方法，其特征在于，所述获得与所述第二线圈对的电压值对应的第二位置数值包括：

基于所述第二线圈对和所述第二磁条的相对位置数值与所述第一线圈对的电压值的对应关系获得与所述第二线圈对的电压值对应的第二位置数值。

12.如权利要求8所述的编码方法，其特征在于，所述第一线圈对与所述第一磁条组的相对运动轨迹与所述第一磁条组平行，所述第二线圈对与所述第二磁条的相对运动轨迹与所述第二磁条平行。

13.一种医疗病床，其特征在于，包括：权利要求1所述的编码装置，所述编码装置适于对所述医疗病床的位置进行编码。