增量式编码器输出信号细分方法研究.pdfVIP

第 42卷 第 1期 太 原 理 工 大 学 学 报 Vo1．42 NO．1 2011年 1月 J0URNAL0FTAIYUAN UNIVERSITY 0FTECHN0LOGY Jan．2011 文 章 编 号 ：1007—9432(2011)01-0051-04 增量式编码器输出信号细分方法研究 韩念琛，薛应芳，秦 将 (太原理工大学 化学化工学院，太原 030024) 摘 要 ：针 对现 有 高精度 增 量式 编码 器采 用 的 细分 方 法在 动 态测 量 条件 下影 响 其 测量 精 度 的 问题 ，提 出了一种 不 受转轴 转速 波动 影 响 的 电子 学细分 方法 ，该 方 法 响应 速 度 快 ，结 构 简单 易 于 实 现 。文章介 绍 了细分原理 并 给 出 了细分 电路 图 ，并 利 用 Multism 软 件 进行 了仿 真 试验 。试 at结 果 表 明在 动 态输入 条 4#-下 ，该 电路 能够 准确输 出两路相 位 差为 90。的倍频 脉 冲信 号 。 关 键 词 ：增 量 式编码 器 ；动 态 测 量 ；细 分 中 图分 类 号 ：TM 930．1 文献标 识码 ：A 增量式编码器是一种脉冲式伺服元件 ，可以直 编码器的圆光栅码盘 由指示光栅盘和测量光栅 接将角位移转变成脉冲信号 ，用于检测被测对象的 盘组 成。两 个 光 栅 盘相 对 运 动产 生 了相 位差 为 运动方向、运动位移、旋转速度以及旋转角度等 [1]。 90。，周期为 T 的莫尔条纹正弦信号。编码器接收 莫尔条纹的细分方法分为光学细分 、机械细分和 电 元件通过读数头接收此正弦光信号。一般的接收元 子学细分三大类 ，其中电子学细分方法具有精度高， 件为双头或四头 ，精度要求越高读数头越多。本方 易于实现测量和数据处理过程 的 自动化等优点l2]， 法采用双头读数 ，输 出相位差为 90。的莫尔条纹信 因而得到了广泛的应用 。常用的电子学细分技术有 号 sin0和 cos0。为消除轴 系晃动及光栅盘偏 心所 电路实现和编程实现两条路线 ，即硬件方法和软件 造成的误差 ，通常采用对径模拟量相加的方法 ]，即 方法 。软件细分是把光 电信号通过 A／D转换器 ，变 在码盘对径位置增加一对读数头 ，输 出莫尔信 号 成数字信号，送入微机或微控制器中，依靠编制程序 sin0和COS 。将其与上述对径输 出的同名信号在 进行计算、查表和插值来实现c3]。常用软件细分方 运算放大器输入端直接相加后通过信号处理 电路 ， 法，尽管其分辨率达到了 0．1甚至 0．01，但其细分 输出两路相位差为 9O。的正弦信号A，B。 电路中不可避免的涉及到了A／D采样和计算过程 ， 因而其细分精度必然受到了编码器转轴转速波动的 影响。针对 以上 问题笔者提出了一种新颖的硬件细 分方法 。该方法细分精度不受编码器转轴转速波动 影响 ，转换速率快且结构简单可靠易于实现 ，在动态 输入的环境下测量精度得到有效提高。 1 增量式编码器原理 图 1 编码器数据采集装置 典型的增量式编码器由信号采集和信号处理两 部分组成 ，信号采集部分的作用是将光信号转换为 2 细分方法介绍 隐含角度信息的电信号 ，如图 1所示 。它是由主轴 、 2．1 细分原理 发光元件、码盘、狭缝 、接收元件组成 。信号处理部 上述 A，B两相莫尔条纹信号可以表示为 ： 分的主要功能是将采集 的光 电信号转换成数字量 ，