一種增量式光柵編碼器零位信號(hào)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種增量式光柵編碼器零位信號(hào)的檢測(cè)方法，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)零位信號(hào)進(jìn)行采樣，通過零位信號(hào)的變化趨勢(shì)，提取尖峰位置?？朔藗鹘y(tǒng)電壓比較或電平觸發(fā)方式易受溫度影響的問題，不需要額外增加溫控設(shè)備，提高了編碼器使用的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。
【專利說明】一種增量式光柵編碼器零位信號(hào)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及增量式光柵編碼器，尤其涉及一種增量式光柵編碼器零位信號(hào)檢測(cè)方法

【背景技術(shù)】
[0002]增量式光柵編碼器是一種將軸的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的測(cè)角裝置，在伺服系統(tǒng)特別是全數(shù)字伺服系統(tǒng)的應(yīng)用很廣。其主要部件是計(jì)量光柵盤，由標(biāo)尺光柵和指示光柵構(gòu)成，光柵的疊合形成疊柵條紋，當(dāng)標(biāo)尺光柵和指示光柵發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，疊柵條紋就發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)，在外圍信號(hào)處理電路配合下，對(duì)疊柵條紋進(jìn)行周期計(jì)數(shù)，這個(gè)數(shù)值與軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量成比例。通過對(duì)疊柵條紋信號(hào)的細(xì)分處理，可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨率。增量式編碼器光柵盤上有一個(gè)零位光柵刻線圖案，每次轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過零位時(shí)，編碼器零位輸出端會(huì)輸出一個(gè)極大尖峰電壓，通過檢測(cè)該尖峰電壓，作為固定的參考零位，每次上電后先使編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過零位，從零位處開始計(jì)數(shù)。
[0003]目前一般通過電平觸發(fā)或電壓比較方式，提取零位尖峰信息。專利申請(qǐng)?zhí)枮椤?01310238865.7”，發(fā)明專利名稱“一種編碼器零位測(cè)試方法和測(cè)試儀”，專利權(quán)人李宗峰，采用電平觸發(fā)方式手動(dòng)檢測(cè)增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的零位脈沖信號(hào)，測(cè)試儀中具有觸發(fā)器，當(dāng)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器外殼的時(shí)候，編碼器輸出的零位信號(hào)將觸發(fā)器觸發(fā)，之后對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)指示器，該發(fā)明采用手動(dòng)方式，不利于系統(tǒng)集成。文獻(xiàn)(徐洲，胡曉東，羅長(zhǎng)洲，谷林.增量式軸角編碼器的電子細(xì)分及零位處理[J].光子學(xué)報(bào)，2002，31 (12) =1497-1500)給出了目前使用最廣泛的編碼器零位尖峰檢測(cè)方法，使用電壓比較器將零位尖峰變成一個(gè)窄方波脈沖，用于中斷觸發(fā)，通過調(diào)整電壓比較器的比較電平來改變方波脈沖的寬度。
[0004]采用電平觸發(fā)和電壓比較等檢測(cè)方式，將零位尖峰轉(zhuǎn)換為窄脈沖信號(hào)，作為信號(hào)處理電路的中斷觸發(fā)，需要設(shè)定一個(gè)固定的閾值電壓，閾值電壓設(shè)置過高，有可能檢測(cè)不到零位尖峰信號(hào)，閾值電壓設(shè)置過低，會(huì)造成輸出脈沖信號(hào)過寬，零位位置檢測(cè)不準(zhǔn)確。對(duì)于目前工程上常用的編碼器，閾值電壓一般設(shè)置在零位信號(hào)的起跳電壓和尖峰電壓之間。由于編碼器內(nèi)部光學(xué)及電子元件的性能限制，在不同溫度下，零位輸出電壓的變化趨勢(shì)基本不變，但幅值變化很大，隨著溫度升高，電壓幅值逐漸降低，當(dāng)高溫下的尖峰電壓低于低溫下的起跳電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高溫時(shí)尖峰電壓低于閾值電壓，零位信號(hào)檢測(cè)不到的問題。所以采用這種設(shè)置固定的閾值電壓進(jìn)行電壓比較的方法，無法適應(yīng)全部溫度變化范圍，降低了編碼器使用的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。為了保證編碼器輸出零位信號(hào)幅值的穩(wěn)定性，需要額外增加溫控設(shè)備，這必然增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種增量式光柵編碼器零位信號(hào)的檢測(cè)方法，在不需要額外增加溫控設(shè)備情況下，提高了編碼器使用的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種增量式光柵編碼器零位信號(hào)的檢測(cè)方法，所述增量式光柵編碼器零位信號(hào)包括直流段、起跳段和尖峰段，令增量式光柵編碼器單方向旋轉(zhuǎn)，增量式光柵編碼器單方向旋轉(zhuǎn)過程中輸出的零位信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行低通濾波獲得模擬電壓信號(hào)；在信號(hào)處理器的控制下模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)調(diào)理后的零位信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字零位電壓；在信號(hào)處理器中存儲(chǔ)了設(shè)定電壓Vqt和設(shè)定電壓差A(yù)Vd ;其中所述設(shè)定電壓Vqt為增量式光柵編碼器在低溫、高溫、常溫狀態(tài)下的起跳電壓的最小值，所述設(shè)定電壓差A(yù)Vd為增量式光柵編碼器直流段電壓噪聲的峰峰值；信號(hào)處理器的處理過程如下:
[0008](I)對(duì)數(shù)字零位電壓進(jìn)行采樣獲得采樣電壓；
[0009](2)判斷當(dāng)前時(shí)刻采樣電壓Vl與設(shè)定電壓Vqt的大??；若Vl ( Vqt，則表示處于直流段，返回步驟⑴；SVl>Vqt，則表示進(jìn)入起跳段，進(jìn)入步驟(3);
[0010](3)對(duì)數(shù)字零位電壓進(jìn)行采樣獲得采樣電壓，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻采樣電壓Vl和前一時(shí)刻采樣電壓VO計(jì)算電壓差值Λ V，其Λ V = Vl-VO ；
[0011](4)判斷I AVl與設(shè)定電壓差A(yù)Vd的大??；若I AVl ( AVd，返回步驟⑶；若Λ VI > Λ Vd,則指示達(dá)到尖峰段，即檢測(cè)到零位位置，編碼器停止轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束。
[0012]信號(hào)處理器為DSP。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)零位信號(hào)進(jìn)行采樣，通過采集零位信號(hào)的變化特點(diǎn)，提取零位尖峰位置，解決傳統(tǒng)電壓比較或電平觸發(fā)方式易受溫度影響的問題；在不需要額外增加溫控設(shè)備情況下，提高了編碼器使用的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為零位光柵圖案；
[0015]圖2為增量式光柵編碼器零位信號(hào)波形；
[0016]圖3為零位信號(hào)檢測(cè)硬件電路圖；
[0017]圖4為本發(fā)明的信號(hào)處理器的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)際工程應(yīng)用中，增量式光柵編碼器的零位光柵一般由一組非等間隔、非等寬度的亮線和暗線所組成，如圖1所示。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的零位光柵，編碼器過零時(shí)輸出的零位信號(hào)波形如圖2所示。在零位位置，零位信號(hào)幅值最大，達(dá)到尖峰電壓Vmax ;偏離此位置，零位信號(hào)幅值逐漸減小到起跳電壓Vqt ;當(dāng)完全偏離時(shí)，零位信號(hào)中無零位信息，只剩下電路的直流偏置量Vdc。本發(fā)明為描述方便，將這三段分別稱為尖峰段、起跳段、直流段。
[0020]如圖3所示，本發(fā)明的零位信號(hào)檢測(cè)方法所基于的系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器和信號(hào)處理器。令增量式光柵編碼器單方向旋轉(zhuǎn)，信號(hào)調(diào)理電路對(duì)增量式光柵編碼器單方向旋轉(zhuǎn)過程中輸出的零位信號(hào)進(jìn)行低通濾波獲得模擬電壓信號(hào)，濾除多余毛刺，要求濾波前后信號(hào)的相位關(guān)系保持一致。A/D轉(zhuǎn)換器在信號(hào)處理器的控制下將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字零位電壓。信號(hào)處理器例如可以采用DSP芯片。由于零位光柵圖案是固定的，所以過零時(shí)零位信號(hào)的變化趨勢(shì)不變，可以利用信號(hào)處理器對(duì)數(shù)字零位電壓進(jìn)行采樣，通過零位信號(hào)的變化趨勢(shì)，提取尖峰位置。在信號(hào)處理器中存儲(chǔ)了設(shè)定電壓Vqt和設(shè)定電壓差A(yù)Vd ;其中所述設(shè)定電壓Vqt為增量式光柵編碼器在低溫、高溫、常溫狀態(tài)下的起跳電壓的最小值，其中增量式光柵編碼器在低溫、高溫、常溫狀態(tài)下的起跳電壓為編碼器出廠值。所述設(shè)定電壓差A(yù)Vd為增量式光柵編碼器直流段電壓噪聲的峰峰值；可以通過示波器測(cè)量得到。Λ Vd例如是300mv，Vqt例如是2.4v。
[0021]如圖4所示，信號(hào)處理器的工作過程如下:
[0022](I)對(duì)數(shù)字零位電壓進(jìn)行采樣獲得采樣電壓；
[0023](2)判斷當(dāng)前時(shí)刻采樣電壓Vl與設(shè)定電壓Vqt的大??；若Vl ( Vqt，則表示處于直流段，返回步驟⑴；SVl>Vqt，則表示進(jìn)入起跳段，進(jìn)入步驟(3);
[0024](3)對(duì)數(shù)字零位電壓進(jìn)行采樣獲得采樣電壓，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻采樣電壓Vl和前一時(shí)刻采樣電壓VO計(jì)算電壓差值Λ V，其Λ V = Vl-VO ；
[0025](4)判斷I AVl與設(shè)定電壓差A(yù)Vd的大?。蝗魘 AV| ( AVd，返回步驟⑶；若Λ VI > Λ Vd,則指示達(dá)到尖峰段，此時(shí)，信號(hào)處理器發(fā)出過零中斷信號(hào)，指示達(dá)到零位位置，
編碼器停止轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束。
[0026]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種增量式光柵編碼器零位信號(hào)的檢測(cè)方法，所述增量式光柵編碼器零位信號(hào)包括直流段、起跳段和尖峰段，其特征在于: 令增量式光柵編碼器單方向旋轉(zhuǎn)，增量式光柵編碼器單方向旋轉(zhuǎn)過程中輸出的零位信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行低通濾波獲得模擬電壓信號(hào)；在信號(hào)處理器的控制下模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)調(diào)理后的零位信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字零位電壓；在信號(hào)處理器中存儲(chǔ)了設(shè)定電壓Vqt和設(shè)定電壓差A(yù)Vd;其中所述設(shè)定電壓Vqt為增量式光柵編碼器在低溫、高溫、常溫狀態(tài)下的起跳電壓的最小值，所述設(shè)定電壓差A(yù)Vd為增量式光柵編碼器直流段電壓噪聲的峰峰值；信號(hào)處理器的處理過程如下: (1)對(duì)數(shù)字零位電壓進(jìn)行采樣獲得采樣電壓； (2)判斷當(dāng)前時(shí)刻采樣電壓Vl與設(shè)定電壓Vqt的大?。籫Vl( Vqt，則表示處于直流段，返回步驟(I) ;SVl>Vqt，則表示進(jìn)入起跳段，進(jìn)入步驟(3)； (3)對(duì)數(shù)字零位電壓進(jìn)行采樣獲得采樣電壓，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻采樣電壓Vl和前一時(shí)刻采樣電壓VO計(jì)算電壓差值Λ V，其Λ V = Vl-VO ； (4)判斷IAV|與設(shè)定電壓差A(yù)Vd的大小；若I AV| ( AVd,返回步驟(3);若Λ VI > Λ Vd,則指示達(dá)到尖峰段，即檢測(cè)到零位位置，編碼器停止轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增量式光柵編碼器零位信號(hào)的檢測(cè)方法，其特征在于:信號(hào)處理器為DSP。
【文檔編號(hào)】G01D18/00GK104132684SQ201410240202
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉晴晴, 邵春江, 任磊, 張俊, 路靜, 杜建邦, 譚新洪 申請(qǐng)人:北京航天自動(dòng)控制研究所, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院