基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置，包括順序連接的上位機(jī)、驅(qū)動(dòng)器模塊、光纖和收發(fā)模塊、編碼器和電機(jī)。所述光纖和收發(fā)模塊包括通過光纖連接的兩個(gè)編碼器光電適配電路，第一編碼器光電適配電路和第二編碼器光電適配電路分別與驅(qū)動(dòng)器模塊、編碼器連接。本實(shí)用新型只用一根光纖實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器與編碼器間的雙向高速通信，提高編碼器串行通信的可靠性、實(shí)時(shí)性、傳輸速率及傳輸距離，減少光纖數(shù)量，節(jié)約布線成本。
【專利說明】基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用單光纖雙向通信技術(shù)的電機(jī)轉(zhuǎn)子絕對位置檢測裝置，可應(yīng)用于機(jī)器人和工業(yè)現(xiàn)場的電動(dòng)伺服系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代制造業(yè)的電驅(qū)動(dòng)伺服單元應(yīng)用愈加廣泛。無論是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，還是直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，均需要一定精度的位置檢測裝置反饋執(zhí)行器實(shí)時(shí)位置信息。使用金屬線介質(zhì)傳輸信息不僅在帶寬上受到限制，而且在大型設(shè)備中，長傳輸線通常會(huì)對通信的信號完整性和電磁兼容工作帶來挑戰(zhàn)。
[0003]在機(jī)器人 等復(fù)雜設(shè)備中，功率線纜與信號線纜并行、交叉，穿行于金屬腔體內(nèi)部，不同的電機(jī)在同時(shí)工作時(shí)，會(huì)發(fā)生功率線對信號線干擾、信號線之間互擾，以致通信錯(cuò)誤，伺服單元無法工作的情況。
[0004]現(xiàn)有的部分光纖位置反饋方案多采用收、發(fā)各用一條光路，共需兩條光纖完成。由于光通信的收發(fā)器和光纖的成本較高，并且雙纖并排時(shí)線纜的彎折受到一定的限制，使得其推廣應(yīng)用受到了限制。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低、抗干擾性強(qiáng)的應(yīng)用單光纖雙向技術(shù)的電機(jī)轉(zhuǎn)子絕對位置檢測
>J-U ρ?α裝直。
[0006]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置，包括順序連接的上位機(jī)、驅(qū)動(dòng)器模塊、光纖和收發(fā)模塊、編碼器和電機(jī)。
[0007]所述光纖和收發(fā)模塊包括通過光纖連接的兩個(gè)編碼器光電適配電路，第一編碼器光電適配電路和第二編碼器光電適配電路分別與驅(qū)動(dòng)器模塊、編碼器連接。
[0008]所述編碼器光電適配電路采用光纖驅(qū)動(dòng)模塊，差分驅(qū)動(dòng)器、差分接收器和串口通信芯片；光纖驅(qū)動(dòng)模塊的光纖端口連接光纖，發(fā)送信號端與差分驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接，差分驅(qū)動(dòng)器的輸入端與串口通信芯片的接收器輸出端相連，光纖驅(qū)動(dòng)模塊的接收信號端與差分接收器的輸入端相連，差分接收器的輸出端與串口通信芯片的驅(qū)動(dòng)器輸入端相連，串口通信芯片的Α、B輸出端通過總線與驅(qū)動(dòng)器模塊的輸入端或者編碼器連接。
[0009]所述編碼器光電適配電路還包括比較器，所述比較器的第一運(yùn)算放大器的正向輸入端與光纖驅(qū)動(dòng)模塊的信號檢測端相連，反向輸入端分別通過分壓電阻R15、電阻R16連接電源和地；第一運(yùn)算放大器輸出端與比較器的第二運(yùn)算放大器的輸入端、串口通信芯片的接收器使能端相連，第二運(yùn)算放大器的反向輸入端分別通過分壓電阻R17、電阻R18連接電源和地，輸出端與串口通信芯片的驅(qū)動(dòng)器使能端相連；所述第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的輸出端分別通過上拉電阻R17、上拉電阻R22與電源連接。
[0010]所述光纖驅(qū)動(dòng)模塊的發(fā)送信號端與差分驅(qū)動(dòng)器Ul的輸出端之間、以及接收信號端與差分接收器的輸入端之間連有電容、還通過上拉電阻連接電源、通過電阻接地；所述光纖驅(qū)動(dòng)模塊的信號檢測端還通過上拉電阻R21連接電源、通過電阻R13接地。
[0011]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0012]1.本實(shí)用新型只用一根光纖實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)編碼器之間的雙向高速通信，可以提高編碼器串行通信的可靠性、實(shí)時(shí)性、傳輸速率及傳輸距離，減少光纖數(shù)量，節(jié)約布線成本。
[0013]2.本實(shí)用新型能夠抗干擾，尤其適用于機(jī)器人等復(fù)雜電磁環(huán)境的場合。
[0014]3.本實(shí)用新型的編碼器光電適配電路，能夠?qū)崿F(xiàn)光信號和電信號的轉(zhuǎn)換，同時(shí)解決了信號在傳輸時(shí)的自收自發(fā)問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)連接示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型的光纖和收發(fā)模塊電路框圖；
[0017]圖3為編碼器光電適配電路圖；
[0018]圖4為混合式多圈絕對式光電編碼器原理圖； [0019]圖5為光纖驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)單纖雙向波分復(fù)用透鏡內(nèi)光路原理圖；
[0020]圖6為編碼器串行發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的幀格式示意圖；
[0021]圖7為本實(shí)用新型的方法原理流程圖；
[0022]圖8為經(jīng)光電轉(zhuǎn)換還原為電信號的實(shí)測通信NRZ波形圖；
[0023]圖9為電機(jī)電角度數(shù)值波形圖；
[0024]圖10為電機(jī)運(yùn)行時(shí)三相電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0026]如圖1所示，本裝置包括順序連接的上位機(jī)1、驅(qū)動(dòng)器模塊2、第一編碼器光電適配電路3、光纖5、第二編碼器光電適配電路4、編碼器7和電機(jī)8 ;驅(qū)動(dòng)器模塊2用于接收上位機(jī)I的命令控制電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)以及接收編碼器7的反饋信號反饋至上位機(jī)I。
[0027]如圖2所示，編碼器光電適配電路包括485芯片、差分驅(qū)動(dòng)器、差分接收器和光纖驅(qū)動(dòng)模塊。本實(shí)用新型中的編碼器光電轉(zhuǎn)換適配電路，采用專用485芯片收發(fā)編碼器的差分電信號，差分驅(qū)動(dòng)器將原始信號濾波、整型、電平轉(zhuǎn)換后給入光纖驅(qū)動(dòng)模塊，光纖驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)光電激光管發(fā)射光纖信號，其頻率為f\。當(dāng)與之對應(yīng)的光纖驅(qū)動(dòng)模塊接收到頻率為f2(f!幸f2)的光信號時(shí)，該光纖驅(qū)動(dòng)模塊中產(chǎn)生信號SD，利用信號SD實(shí)現(xiàn)對485芯片的發(fā)送禁止控制，可以避免信號在傳輸過程中的自收自發(fā)現(xiàn)象，同時(shí)，從光纖接收的信號經(jīng)差分接收器處理轉(zhuǎn)換后，通過485芯片發(fā)送給編碼器，完成通信過程，這樣就使得單纖雙向通信能夠應(yīng)用于復(fù)合編碼器位置檢測裝置之中。
[0028]如圖3所不,編碼器光電轉(zhuǎn)換適配電路是由光纖驅(qū)動(dòng)模塊U2、型號AM26LS31的差分線性驅(qū)動(dòng)器U1、型號為AM26LS32的差分線性接收器U4、型號為LM393的比較器(U5A、U5B)、MAX485的485通信專用芯片U3，以及電阻、電容和穩(wěn)壓二極管組成的適配電路。
[0029]其中，光纖驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部設(shè)有發(fā)光二極管及其驅(qū)動(dòng)電路、光敏二極管和透鏡，并且能夠直接連接光纖，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號(PECL電平)從光纖驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端輸出。
[0030]如圖5所示，本實(shí)用新型中采用波分復(fù)用式單芯雙向技術(shù)，在單芯雙向傳輸系統(tǒng)中，在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩路相反方向的光信號，光纖驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部的光波分模塊分別采用往返波長為1310nm和1550nm的器件。光纖驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部的分光透鏡電路，對往返的兩個(gè)光載波進(jìn)行合成和分離的處理，以此實(shí)現(xiàn)光信號的雙向傳輸，模塊一中發(fā)送信號是波長為1310nm的光,接收信號是波長為1550nm的光,模塊二中發(fā)送信號是波長為1550nm的光，接收信號是波長為1310nm的光。其優(yōu)點(diǎn)是使光纖的帶寬特性得到充分應(yīng)用，提高了光纖利用率。
[0031]本實(shí)用新型中使用包含分光透鏡電路的光纖驅(qū)動(dòng)模塊型號分別為TTR-B1303-20和FTTR-B15303-20，在與驅(qū)動(dòng)器模塊2連接的第一編碼器光電適配電路3中采用TTR-B1303-20 (包含模塊一)，在與編碼器7連接的第二編碼器光電適配電路4中采用FTTR-B15303-20 (包含模塊二 )。
[0032]如圖3所示，光纖驅(qū)動(dòng)模塊U2的發(fā)送信號端依次對應(yīng)TD+和TD-與差分線性驅(qū)動(dòng)器Ul的輸出端IY和IZ相連，差分線驅(qū)動(dòng)器Ul的輸入端IA與485通信芯片U3的接收器輸出端RO相連，光纖驅(qū)動(dòng)模塊U2的接收信號端依次對應(yīng)RD+和RD-與差分線接收器U4的輸入端IA和IB相連，差分線接收器U4的輸出端IY與485通信芯片U3的驅(qū)動(dòng)器輸入端DI相連，485通信芯片的A、B端接入NRZ信號或者驅(qū)動(dòng)器模塊的命令字信號，比較器U5A的輸入端3與光纖驅(qū)動(dòng)模塊U2的信號檢測端SD相連，比較器U5A的輸入端2與分壓電阻R15、R16相連，比較器U5A的輸出端7與比較器U5B的輸入端5和485通信芯片的接收器使能端RE相連，比較器U5B的輸入端6與分壓電阻R17、R18相連，比較器U5B的輸出端7與485通信芯片的驅(qū)動(dòng)器使能端DE相連。由于LM393為OC門輸出，為保證能夠正常輸出高電平，比較器的輸出端I和7處加上拉電阻R14和R22。電路中的C3、C5、C7、C9、CIO、Cll、R2、R3、R4、R5、R9、R11、R13、R19、R20和R21組成的無源組容網(wǎng)絡(luò)電路目的是將信號變?yōu)楣饫w模塊可接收和發(fā)送的PECL電平信號。電路中C4、C6、C8和C12為去耦電容。電路中D2和D3為穩(wěn)壓二極管，作用是保護(hù)485通信電路，電阻R7為阻抗匹配電阻。
[0033]本實(shí)用新型的工作過程為:首先由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器向編碼器發(fā)送命令字，信號通過編碼器光電收發(fā)模塊7和光纖5發(fā)送到編碼器7，編碼器7根據(jù)收得的命令字發(fā)送相應(yīng)的軸位置和多圈數(shù)據(jù)信號，該信號通過光纖和編碼器光電收發(fā)模塊，返回給驅(qū)動(dòng)器模塊。
[0034]由驅(qū)動(dòng)器模塊應(yīng)用公式1，可以計(jì)算轉(zhuǎn)子機(jī)械角度θ M。
[0035]
【權(quán)利要求】
1.基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置，其特征在于:包括順序連接的上位機(jī)(1)、驅(qū)動(dòng)器模塊(2)、光纖和收發(fā)模塊(6)、編碼器(7)和電機(jī)(8);所述光纖和收發(fā)模塊(6)包括通過光纖(5)連接的兩個(gè)編碼器光電適配電路(3、4)，第一編碼器光電適配電路(3)和第二編碼器光電適配電路⑷分別與驅(qū)動(dòng)器模塊(2)、編碼器(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置，其特征在于:所述編碼器光電適配電路(3、4)采用光纖驅(qū)動(dòng)模塊(U2)，差分驅(qū)動(dòng)器(Ul)、差分接收器(U4)和串口通信芯片(U3);光纖驅(qū)動(dòng)模塊(U2)的光纖端口連接光纖(5)，發(fā)送信號端(TD+,TD-)與差分驅(qū)動(dòng)器(Ul)的輸出端(1Y、1Z)連接，差分驅(qū)動(dòng)器(Ul)的輸入端(IA)與串口通信芯片(U3)的接收器輸出端(RO)相連，光纖驅(qū)動(dòng)模塊(U2)的接收信號端(RD+、RD_)與差分接收器(U4)的輸入端(1A、1B)相連，差分接收器(U4)的輸出端(IY)與串口通信芯片(U3)的驅(qū)動(dòng)器輸入端(DI)相連，串口通信芯片(U3)的A、B輸出端通過總線與驅(qū)動(dòng)器模塊(2)的輸入端或者編碼器(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置，其特征在于:所述編碼器光電適配電路(3、4)還包括比較器(U5A、U5B)，所述比較器的第一運(yùn)算放大器(U5A)的正向輸入端與光纖驅(qū)動(dòng)模塊(U2)的信號檢測端(SD)相連，反向輸入端分別通過分壓電阻R15、電阻R16連接電源和地；第一運(yùn)算放大器(U5A)輸出端與比較器的第二運(yùn)算放大器(U5B)的輸入端、串口通信芯片(U3)的接收器使能端(RE)相連，第二運(yùn)算放大器(U5B)的反向輸入端分別通過分壓電阻R17、電阻R18連接電源和地，輸出端與串口通信芯片(U3)的驅(qū)動(dòng)器使能端(DE)相連；所述第一運(yùn)算放大器(U5A)和第二運(yùn)算放大器(U5B)的輸出端分別通過上拉電阻R17、上拉電阻R22與電源連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單芯雙向技術(shù)的電機(jī)絕對位置檢測裝置，其特征在于:所述光纖驅(qū)動(dòng)模塊(U2)的發(fā)送信號端(TD+、TD-)與差分驅(qū)動(dòng)器Ul的輸出端(1Y、1Z)之間、以及接收信號端(RD+、RD_)與差分接收器(U4)的輸入端(1A、1B)之間連有電容、還通過上拉電阻連接電源、通過電阻接地；所述光纖驅(qū)動(dòng)模塊(U2)的信號檢測端(SD)還通過上拉電阻R21連接電源、通過電阻R13接地。
【文檔編號】G01D5/26GK203732079SQ201320874688
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】張濤, 崔龍, 王方玉, 李洪誼 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所