小型光电编码器的高分辨力细分技术

为了实现在不增加体积和重量的前提下提高小型光电编码器分辨力和细分精度,对光电编码器高分辨力细分技术进行了研究。首先,分析了影响小型光电编码器分辨力及细分精度的主要因素;其次,利用ADC841单片机对A/D转换的增益误差和失调误差进行修正;最后,优化电子学细分算法,设计出小型光电编码器高分辨力的信号处理电路。实验结果表明,该设计可以实现编码器精码信号的1 024细分,细分周期误差的峰峰值由163减小到70;将外径为40 mm的小型光电编码器分辨力提高4倍至4.98,精度提高至30。设计的编码器细分方法,电路结构简单、细分数高,可应用于对体积和重量有严格要求的绝对式和增量式光电编码器中。     

24位绝对式编码器处理电路的改进设计与实现

鉴于外场环境和专项试验对绝对式编码器的稳定性要求越来越高,对传统的绝对式编码器处理电路进行了技术改进。该处理电路全部采用A/D转换器采集放大与整形之后的模拟信号,通过软件完成光电信号的比较、细分、译码、校正、平均和参数整定等功能,实现了把轴角实际转动的角度值转换成自然二进制数字代码。经实际项目论证,该编码器运行稳定。     

高精度光电编码器莫尔条纹信号质量分析方法

针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响,提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实地反应了莫尔条纹信号质量,提高了细分误差测量的准确性。编码器转动时,采集相位差为/2 的两路精码正弦光电信号,通过对采样信号的重构得到信号波形,利用离散傅里叶变换算法分析重构波形,求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。最后,根据信号参数与细分误差的关系得到光电编码器的细分误差值,并进行了实验验证。实验结果表明,对某24 位绝对式光电轴角编码器细分误差进行测量,细分误差的峰值为+0.48和-0.21。相对于传统的细分误差测量方法,此方法测量速度快,测量精度高,适用于工作现场。     

非均匀采样光电编码器莫尔条纹信号分析方法

为实现高精度光电编码器非匀速转动时动态细分误差的检测,提出了一种基于非均匀采样的莫尔条纹光电信号分析方法.首先,利用曲线拟合的最小二乘法将采集到的编码器非均匀信号数据重构出真实的信号波形.然后,根据离散傅里叶变换算法分析重构信号,同时推导出信号的频率、幅值和相位的计算表达式,运用软件仿真评估算法可行性.最后,采用该方法对某21位绝对式光电轴角编码器精码信号进行分析,根据信号参数与细分误差的关系获得动态细分误差,其细分极值误差为+2.41"和-3.08".实验结果表明,该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实的反应了莫尔条纹信号质量,在编码器非匀速转动时,可有效地测量动态细分误差,为实际工作现场编码器精度误差的实时检测奠定了基础.     

提高光电轴角编码器细分精度的改进粒子群算法

为提高光电轴角编码器的细分精度及莫尔条纹光电信号的细分倍数,设计了一种基于改进粒子群算法的信号正弦性修正方法。首先,根据莫尔条纹光电信号的数学模型,分析信号质量指标对细分误差的影响;并从编码器的制作、调试、使用等环节出发,指出信号细分误差产生的根本原因;然后,对改进粒子群算法的基本原理和实现步骤做了具体阐述;最后,以21 位光电编码器为实验对象,依据其精码转换的方波信息实现精码信号的自适应采样,同时应用改进算法对采集的编码器原始光电信号进行数据预处理,通过辨识信号模型中的3 个待定参量,直接实现信号等幅性偏差、稳定性偏差、正交性偏差的修正;对算法处理后的莫尔条纹信号进行细分精度检测,实验结果表明:编码器细分误差峰值由19.08降低到2.86,细分精度明显提高。     

基于非线性跟踪微分器的编码器数据采集应用

针对某望远镜转台使用的SSI接口绝对式编码器,提出基于FPGA读取编码器信号的方案,并给出非线性跟踪微分器的测速滤波方法,同时采用预报补偿的方法解决滤波后的相位延迟问题。根据读取到的编码器位置信息,能够准确快速地估计出速度值,滤除信号中的随机噪声干扰。该方案不依赖对象模型,算法简单,调节参数少,计算量小,易于在工程中实现。通过仿真分析和实验验证表明,该方案能够准确读取绝对式编码器码值,根据码值信息估计速度信息,转台以0.05(°)/s转动时,速度波动方差降低了3.46(″)/s,改善了低速运行的平稳性。实验证明了该方法的准确性和有效性,具有良好的使用价值。     

航天级双读数多圈绝对式光电编码器设计

利用多圈光电编码器具有体积小、量程大以及数字量输出等优点,设计了基于双读数系统的航天级多圈绝对式光电编码器。根据航天相机的精度要求,采用精度高、分辨率高的绝对式矩阵玻璃码盘作为一级码盘完成角度测量;根据电机转动的计数要求,采用重量轻,体积小的绝对式矩阵金属码盘作为二级码盘完成对一级码盘的转动圈数计数;其具有的双狭缝及双读数系统可实现信号处理电路冷备份。按照鉴定级航天产品要求,通过热学环境实验和力学环境实验对编码器性能进行了验证。实验结果表明,所设计的编码器精度范围为±100″内、分辨率为80″、测量圈数为16圈、外形尺寸为φ50 mm×50 mm、重量为270 g,稳定性高、可靠性强,且满足高分辨率航天设备设计指标。     

基于DSP的绝对式光电编码器串行接口设计

为了实现SSI接口的绝对式光电编码器在电机伺服控制系统中对电机位置的检测,采用了DSP芯片TMS320F2812的通用I／O口模拟SSI接口与绝对式编码器之间的通信,编写了模拟SSI接口通信时序程序并做了绝对式编码器位置检测实验,获得了绝对式编码器全范围的输出值,单圈数值为O-25536,经4096圈可输出范围O-268435456数值。得到了绝对式编码器在电机伺服控制系统中可实现位置精确采集和精确控制以及利用通用I／0口,实现SSI接口通信,其具有设计简单、成本低、易维护、位置检测精确以及可替代专用解码芯片的特点。     

光电位移信号新型细分方法及系统设计

为提高光电轴角编码器的分辨力,提出一种新型莫尔条纹信号细分方法并建立基于FPGA的光电位移信号倍频系统.根据理想莫尔条纹光电信号的数学模型,利用多倍角正余弦信号的函数性质,将原始莫尔条纹信号推导为n倍频的高阶信号;由幅值细分理论,离线建立基于高阶正余弦信号的高分辨力幅值细分查找表;根据增量式、绝对式光电编码器的不同功能,分别阐述了应用该幅值细分查找表实现编码器高分辨力的倍频技术;同时又指出本文细分方法应用的约束条件.最后,以直径为40mm,分辨率为2500P/R的欧姆龙E6B2-CWZ6C增量式光电编码器为实验对象,在转速范围200~3000rpm的同步电机驱动下,编码器输出波形频率范围约为8.3kHz~125kHz,在基于频率为10kHz的模拟输入信号下,采用本文细分方案设置四倍频设计实验,该系统可以快速将频率增加到原来频率的4倍;同时,基于4倍频原理设计了128倍频实验,并进行实验验证,同样得到该系统可以快速增加到输入频率的128倍.该设计方法及系统与传统细分方法相比较,具有开发周期短、集成度高、模块化、速率快等特点.     

基于空间滤波方法的多圈绝对式编码器

本文介绍了一种游标编码类型的多圈绝对式编码器。对码盘狭缝采用空间滤波的插补细分方法。光学编码器由LED光源、光电二极管阵列和具有3圈码道的码盘组成．通过光学方法进行绝对角度的测量。编码器测角精度达1／100000，编码响应速度达3000mp。轴的转数由一个采用“记忆轮”原理的磁力泡计数器计数，最多可达32487转。数据存储或转数记忆无需供电。     

Research on a novel orientation algorithm of single-ring absolute photoelectric shaft encoder

Photoelectric shaft encoder (i.e. photoelectric displace- ment sensor) aggregates the optical, mechanical and electri- cal technology, whose core component is a precise metrol- ogy grating. It may transform a physical measurement such as an angle location…     

基于FPGA的BiSS-C协议编码器接口技术研究及解码实现

为了满足光刻机工件台超精密运动控制系统对位移测量的需求,本文提出了基于FPGA的BiSS-C协议解码方法,并针对该方法进行了电路设计以及实验验证。首先,研究了BiSS-C协议内容,就其组网方式和帧格式做了详细的介绍。然后,针对绝对式编码器解码要求,利用FPGA拓展性好、灵活性高等特点,通过状态机,设计了绝对式编码器的数据传输电路,实现了BiSS-C协议的译码功能,并采用CLE-AA容栅尺进行了应用验证。最后,进行了与增量式光栅尺的对比校准实验。实验表明,容栅尺绝对式编码器可实现10kHz的传输速率,运动误差在±5μm之内,其可靠性与准确性满足超精密运动控制系统的粗定位要求。     

绝对式光电编码器动态误差采集系统

在绝对式小型光电编码器动态特性检测中,为了对匀速变速转动下编码器的高速误差进行数据采集,提出了编码器误差数据准确采集方法,并设计了绝对式光电编码器动态误差采集系统。首先,通过对被测编码器输出角度数据所表达真实角度准确时刻的分析,提出了编码器误差数据的准确采集时刻是在编码器输出数据变化的边沿时刻。然后,通过对误差采集时采集数据量、采集速度及传输速度的分析,确定了以FPGA+USB设计制作硬件电路,实现编码器误差数据的全分辨率采集。最后,通过计算机软件实现对误差数据的计算、显示和打印。经过实验,系统可以高速、准确地采集到快速转动下编码器所有角度的误差数据,能够满足小型绝对式光电编码器动态特性检测的要求。系统具有采集数据高速、准确等优点。可以实现对90 r/min以下转速的16位编码器的数据采集。     

THz实时检测系统数据通道设计

THz技术作为一种新兴技术,随着人们对其性质和应用研究的不断深入,发现THz辐射成像在安全检测领域有着独特的优势和广阔的应用前景.该设计基于CCD和DSP设计了一套THz波段的实时图像采集和处理系统.一方面选用面阵CCD、A/D转换电路对THz信号进行光电转换和模数转换,实现了对THz信号的高速采集,达到了实时性.另外...     

CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响

星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标，影响该精度的主要因素有：光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的，但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器，对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算；基于亚像素细分质心算法，针对各噪声的分布特点及规律，分别推导出各自的均方根误差，综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声；影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声；对6等星进行星点位置的估计，CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。     

一种H.264视频流自适应率失真优化编码算法

为了提高编码视频流在丢包网络环境中的抗误码性能,目前比较常用的是采用帧内刷新算法.在率失真框架之内的帧内优化编码刷新算法,则被认为是更为直接和有效的解决办法.在视频编码标准H.264/JVT中采用的就是这种算法.然而由于没有考虑到信道丢包率对编码器端进行仿真解码次数的影响,从而导致在进行率失真优化编码时的计算量较大,编码耗时较长,严重影响了编码器的编码效率.基于以上分析,提出了一种改进的自适应率失真优化编码算法.将H.264标准率失真优化编码算法中计算解码器端视频帧期望失真度的代数平均值算法,改进为加权平均值算法.仿真实验表明,提出的算法可根据信道丢包率和模拟信道状态个数信息来自适应地决定编码器端进行仿真解码计算的次数,从而有效降低H.264标准率失真优化编码算法中的计算冗余和计算复杂度,节省编码耗时.在模拟信道状态个数默认为30个时,本算法最多可节省近55%的编码耗时.     

基于径向基函数神经网络的高精度基准编码器误差补偿

高精度角度基准编码器的角度误差,对小型绝对式光电编码器误差检测装置的测量精度有着重要的影响。影响基准编码器角度误差的因素众多,难以用准确的数学模型来描述。为此提出一种通过径向基函数神经网络进行误差修正的方法。首先,为增加基准编码器检测采样点,使用多种多面体对基准编码器进行检测,并将误差合成在同一坐标曲线上。然后,利用检测误差结果作为训练样本,建立径向基函数神经网络模型,使其输出逼近真实角度。最后,通过补偿电路的设计,对小型编码器误差检测装置的基准编码器进行补偿。实验表明,补偿电路的处理速度快,实现简单,不受算法复杂度影响。补偿后的编码器精度提高了2 倍,有效改善了检测装置的检测精度。     

激光熔覆过程中熔池图像的实时检测

建立了基于CCD摄像机的激光熔覆过程检测系统，得到熔池的动态变化过程。从动态视频中读取每祯数字图像，获得稳定的熔池区图像。对熔池图像处理的算法进行研究，得到清晰准确的熔池形貌边缘;提取熔池中心，得到单道熔覆层熔池的相对高度变化，能够近似表征沉积表面的起伏。在图像采集卡与计算机图像处理单元互相通信和采集软件模块的基础上进行连续视频图像实时处理程序的开发，在0.2 s内完成对图像的采集处理工作，为获得精确的熔池位置偏差和激光熔覆过程控制提供了检测基础。