光电编码器的应用——细分原理

编码器的光电信号经过电路系统的处理,最终获得代表测量角度的数据代码.电路处理系统中最为关键的是细分技术,它是编码器电路处理系统技术中的专业技术.本文详细介绍了一种细分原理和常用的实现方法,说明了编码器测量基准光栅线数和编码器代码分辨力的关系,分析了细分误差产生的原因.     

再谈提高光电编码器分辨率的位置细分电路

本刊今年第5期介绍了一种提高光电编码器分辩率的位置细分电路,其分辩率最大为光电编码器分辩率的4倍。为满足更高精度的测量,本文介绍一种由CMOS锁相环和方向鉴别器组成的位置细分电路。其原理框图如图1所示。图中f_A、f_B分别表示A相和B相脉冲,A相脉冲为计数脉冲,B相脉冲为辨向脉冲。设A相脉冲在前作加法计数,否则,作减法计数。图1虚线框I部分,是由一块CMOS锁相环电路CD4046和一块双BCD加法计数器CD4518组成的最大为100倍的倍频电路,其电路图如图2所示。图中双BCD加法计数器CD4518组成20分频器。工     

光电编码器两种精码波形细分方法原理误差对比

光电编码器通常利用细分两路正交的码盘精码信号达到高分辨力的目的,为使细分技术更加完善,对基于三角波和基于正余弦波的两种细分方法进行了专题研究。分别对理想信号中存在直流误差、幅值误差、基波相位误差、高次谐波误差几种典型误差情况进行了分析,比较两种基于不同波形细分方法的抗干扰能力。实验对精码信号介于正余弦波和三角波之间的编码器进行测试,对于同一台编码器,采用正余弦波细分时精度为36,采用三角波细分时精度为42。结果表明:基于正余弦波的细分方法抗干扰能力优于基于三角波的细分方法。对于高精度光电编码器研制和生产时,可利用正余弦波对精码信号进行细分或将实际信号校正至标准正余弦波再细分。     

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。     

莫尔条纹快速细分在光电轴角编码器中的应用

详细介绍了莫尔条纹高插补系数快速细分的原理、硬件设计和软件设计,并将此细分装置应用于光电轴角编码器处理电路中。采用乘法倍频电路可以完成莫尔条纹信号的四倍频,提高了信号的正交性,达到了实验的要求。采用16位CHMOS微控制器80296SA进行软件8 192份细分,可以使光电轴角编码器的分辨率达到0.006″,测角精度σ≤0.4″,且该系统执行一次细分程序所需要的时间小于50μs。     

编码器光电信号参数的动态提取方法

光电编码器在运动状态下输出的实际信号与理想的正弦波或三角渡存在着偏差,在此偏差信号的基础上进行电子学细分就会产生细分误差.通过对动态波形数据直接进行运动状态分析,采用建立运动模型的方法,确定传感器的原始位置波形参数.将得到的波形参数带入细分误差公式,即可以求取细分误差,并为误差补偿提供了理论基础.此法作为一种新的误差检测方法,适用于现场编码器精度检测和校准.该方法克服了传统误差检测方法装置复杂,不适合现场环境复杂条件下的动态检测的缺陷,有很高的应用价值.

Abstract：

While a photoelectric encoder working at the dynamic state, there are deviations between the actual output signals and the theoretical two sine or triangular signals. Interpolating on this deviation signals will result in interpolation errors. In this paper, the original waveform parameters are obtained by analyzing the actual dynamic waveform data and building a dynamic model. Bringing these parameters into interpolation error equation, and then errors can be worked out which provides a theoretical basis for error compensating. As a new error detection method, it is suitable for on-site encoder accuracy detection and calibration. The new method with a high application value overcomes the defects existing in traditional error detection devices, such as the complexity of equipments and the unsuitability for dynamic detection under complex on-site conditions.     

推导法评估编码器细分误差

为实现高精度编码器细分误差的快速评估,提出了一种Lissajou图形推导法.通过理论分析和计算机仿真,得出:在一定条件下,lissajou图形的向径偏差与细分误差之间存在确定关系,可以由向径偏差各次谐波直接推导出细分误差的各次谐波,绘出细分误差曲线.与传统方法测量得到的静态细分误差曲线进行对比,实验结果表明,运用该方法,数据分析处理时间短,可以用于编码器工作现场的快速检测.     

超高分辨光电成像技术的研究进展

实现成像系统的超高分辨是光电探测领域中探索和追求的重要目标,对提高天文观测、空间侦察和资源探测的信息容量及精度具有重要意义.归纳总结了近年来国内外从光学系统结构、光电探测器及软件重建等方面对提高系统分辨能力所进行的部分研究和进展,结合本实验室在这一领域开展的研究,对其中的一些理论及工程方法探索进行了阐述和分析,旨在为进一步实现超高分辨光电成像系统的研究提供建设性参考意见.     

轻量化绝对式多圈光电编码器研究

为有效减小多圈编码器体积、重量并满足高位数多圈记忆的要求,设计了轻量化绝对式多圈光电编码器。多圈编码器采用绝对式矩阵码盘设计,将编码器的绝对码设计在齿轮上,减小了以往绝对式多圈编码器的多级码盘结构和齿轮结构;采用多级齿轮串行结构,缩小了多圈编码器齿轮的高度,便于安装、结构简单。设计的14位超高位数绝对式多圈光电编码器,外形尺寸为φ60mm×20mm,圈数为214=16 384圈,实现了电机转动圈数的绝对记忆功能,具有圈数记忆位数高、重量轻的特点。     

光电编码器在汽车音响系统中的应用

光电编码器是一种精度高的数字化检测装置,外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮,被广泛用于车载电子设备的菜单选择和调节等。主要以日本阿尔卑斯EC11J微型光电编码器为例,分析了增量式光电编码器的构造和原理,阐述其在汽车音响音量调节中的应用,并设计了编码器输出控制电路对脉冲的辨向和计数的软件编程方法,进一步总结出程序测试的要点,以检测程序的正确性。     

基于Arduino开发环境的光电编码器检测仪的设计

为了能快速简便地判断光电编码器的好坏,设计了一种基于Arduino新型集成开发环境的光电编码器检测仪,实现了Arduino板与可编程智能液晶触摸显示器终端的通信控制,完成了对光电编码器信号准确的计数,并能判断其好坏。检测仪操作简单方便,对于基于Arduino集成开发环境开发的产品具有一定的参考价值。     

光电编码器快速地检系统显示功能设计

针对航空航天领域中高精度、高转速光电轴角编码器的性能检测问题,设计了一种基于航天级光电编码器的快速地检系统显示功能。系统可同时对多台光电编码器信号进行采集、处理、通信和显示,以DSP+CPLD为核心处理模块,CPLD控制高速A/D对光电编码器信号的采集与粗码数据锁存,DSP负责处理编码器精粗码信号和数据通讯与显示功能。经处理过的数据信息由自定义的通信接口通过双口RAM进行传输,利用外部按键控制LCD分别显示出从RAM中读取的每台编码器二进制和度分秒形式的角度位置信息。实验结果表明,该系统可同时处理多台编码器信号数据,并实现数据传输通信和显示功能,实时性好,可视性强,并且系统显示功能还可进一步扩展。     

基于FPGA的光电编码器接口设计

基于减小导弹舵机系统的体积的目的,采用一个控制器控制四个舵机,舵机控制器以DSP＋FPGA为核心架构,控制器中的编码器接口通过FPGA来实现。根据增量式光电码盘进行位置检测的原理,本文采用Verilog语言,提出了一种基于FPGA的实现增量式光电编码器接口的设计方案。通过实验证明,该接口具有数字滤波、方向鉴别、双向计数、复位等功能,能够与DSP等多种CPU相连。     

单圈绝对式光电轴角编码器译码技术

单圈绝对式编码器相比于增量式编码器及传统的绝对式编码器有独特的优势,其关键技术在于译码系统的设计及译码算法的研究。为了提高单圈绝对式编码器集成度、响应速度及精度,设计了译码系统,该系统采用线阵CCD作为码盘图像光电转换装置,并利用FPGA实现电路控制及译码算法。同时提出了新的译码算法,该算法一方面将CCD输出信号二值化后的电平信号高电平计数,判断组合得到粗码信息;另一方面应用质心法进行细分定位,通过计算条纹质心与虚拟中心的偏差得到细分角度值。最后,通过两者结合得到角度信息。基于该系统研制的经纬仪样机精度达到2。     

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。     

基于CPLD的编码器数据采集装置研究

绝对式光电编码器以其可靠性好、精度高的优良性能被广泛应用在高精度伺服系统位置检测中。本文以一种绝对式光电编码器为研究对象,介绍了光电编码器的原理,以CPLD为控制器,设计了装置的硬件电路,利用状态机,设计了装置的控制策略。实验结果表明,设计合理、可行。整个装置外围电路少、可靠性高。     

正余弦编码器细分技术研究

为提高正余弦编码器的分辨率,提出用硬件细分的方法将512刻线的正余弦编码器进行信号12倍频,利用比较器和异或门搭建电路,将输出信号倍频12倍,该方法读数迅速,能达到动态测量的要求,而且成本低。详细分析其工作原理,用Saber软件进行电路仿真。仿真结果表明该方法能使512p/r分辨率的编码器提高到6 144p/r,在实际应用中得到了验证。