一種提高絕對式旋轉編碼器分辨率的方法
【專利摘要】本發明是一種提高絕對式旋轉編碼器分辨率的方法，它采用增量/絕對混合編碼式的碼盤，在不增加碼道數量的情況下，通過增量編碼進行數字插值，提高絕對式旋轉編碼器的分辨率。增量編碼的兩路正、余弦信號被2個8位A/D轉換器采樣和轉換，再經過1個32倍插值電路進行數字插值，輸出插值的5位二進制碼信號。絕對編碼的11位格雷碼信號通過格雷碼/二進制轉換電路，變換成11位二進制碼信號。增量編碼插值的5位二進制碼信號和絕對編碼的11位二進制碼信號通過組合和輸出接口電路,輸出一個16位二進制碼/格雷碼數字信號。本發明方法在不增加碼盤上碼道數目的情況下，通過增量編碼信號進行數字插值，提高絕對式旋轉編碼器的分辨率。
【專利說明】 一種提高絕對式旋轉編碼器分辨率的方法
【技術領域】
[0001]本發明是屬于光機電一體化【技術領域】，涉及到光電轉換技術、信號處理技術。特別是一種基于增量/混合編碼技術，通過增量編碼進行數字插值，提高絕對式旋轉編碼器的分辨率的方法。
【背景技術】
[0002]旋轉編碼器是用來檢測角度、位置、速度和加速度的傳感器，是數控機床、伺服電機、電梯、汽車、紡織、儀器儀表、軍工、航空航天等領域進行位置控制的重要自動控制設備。旋轉編碼器由光源、碼盤和光敏二極管接收電路組成，碼盤通過光刻技術在玻璃蝕刻適量的同心光柵的圖案，形成透明和不透明碼區，這種同心的光柵稱為碼道。光源發出平行光束，經過碼盤的光柵調制，通過狹縫后，使光敏二極管接收電路輸出透光為“ I ”而不透光為“O”的二進制輸出信號，實現角度a的數字編碼。旋轉編碼器產品按照信號和原理分類，一般分為增量式和絕對式兩種，增量式旋轉編碼器通過軸旋轉一定角度，提供一定數量的脈沖，碼盤上有固定的碼道數，碼道的數量與輸出脈沖數無關。通過模擬通道，輸出交流信號，由于碼盤的旋轉，輸出的模擬信號非常接近正、余弦信號，因此，可以把增量產生的信號近似為正、余弦信號，正、余弦信號的頻率隨碼盤轉換速度而定。絕對式旋轉編碼器把軸細分成規定數量的測量步，為每一個軸的位置提供一個獨一無二的編碼數字值，與碼盤的轉速無關，碼道的數目等于絕對式旋轉編碼器分辨率的位數。我國市場銷售的旋轉編碼器以增量式為主，占60%，絕對式占40%。但隨著國內自動化水平不斷提高，各個行業都在尋求通過技術改革和產品更新換代來提高產品的附加值，終端行業工作精度要求不斷提高，絕對式旋轉編碼器的需求量越來越大。隨著絕對式旋轉編碼器國產化程度的提高，價格回落，絕對式旋轉編碼器的市場占有率有較大提高。
[0003]絕對式旋轉編碼器分辨率的高低，是體現自動控制技術水平的重要標志，隨著自動控制技術的發展，對高分辨率的絕對式旋轉編碼器的需求極其迫切，而絕對式旋轉編碼器提高分辨率的途徑是增加碼盤的碼道，也就是增量光柵的數量，這直接導致碼盤尺寸很大，現有的絹印技術很難實現，同時碼盤的增大將導致絕對式旋轉編碼器體積的增大，不利于用戶的使用。這極大地限制絕對式編碼器的應用范圍。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提出了一種新的提高絕對型旋轉編碼器分辨率的方法，該方法采用增量/絕對混合編碼技術，在不增加碼盤上碼道數目的情況下，通過增量編碼信號進行數字插值，提高絕對式旋轉編碼器的分辨率。
[0005]本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本發明是一種提高絕對型旋轉編碼器分辨率的方法，其特點是，該方法采用增量/絕對混合編碼式的碼盤，在不增加碼道數量的情況下，通過增量信號進行數字插值，提高絕對式旋轉編碼器的分辨率。其轉換電路如圖1所示，增量編碼的兩路正、余弦信號經過2個8位A/D轉換器和I個32倍插值電路，輸出插值的5位二進制碼信號。絕對編碼的11位格雷碼信號通過格雷碼/ 二進制轉換電路，變換成11位二進制碼信號。絕對編碼的11位二進制碼信號和增量編碼插值的5位二進制碼信號通過組合和接口電路，輸出一個16位二進制碼/格雷碼數字信號，使絕對式旋轉編碼器輸出數字的分辨率由11位提高到16位。
[0006]本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方法來進一步實現，以上所述是一種基于增量/絕對混合編碼提高絕對型旋轉編碼器分辨率的方法，其特點是，增量編碼的兩個正、余弦信號被2個8位A/D轉換器采樣和轉換，變換成8位二進制碼信號，其中最高位是符號位，數字化的增量編碼信號通過I個32倍插值電路進行數字插值，輸出插值的5位二進制碼信號。
[0007]本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方法來進一步實現，以上所述是一種基于增量/絕對混合編碼提高絕對型旋轉編碼器分辨率的方法，其特點是，增量編碼的兩路正、余弦信號經過2個8位A/D轉換器和I個32倍插值電路，輸出5位插值二進制碼信號。絕對編碼的N位格雷碼信號通過格雷碼/ 二進制轉換電路，變換成N位二進制碼信號。絕對編碼的N位二進制碼信號和增量編碼插值的5位二進制碼信號通過組合和輸出接口電路，輸出一個N+5位二進制碼/格雷碼數字信號，使絕對式旋轉編碼器輸出數字的分辨率由N位提高到N+5位。
[0008]下面進行具體闡述。
[0009]碼盤
絕對式旋轉編碼器采用13位增量/絕對混合的碼盤，通過光刻技術在玻璃蝕刻結構圖案，碼盤示意圖見圖2所示。其中Al~All為絕對式碼道，A12、A13為增量式碼道。
[0010]絕對式碼盤采用格雷碼，碼道數與位數有關，其分辨率:
Tr=SeO0y^u = OJS0
碼盤的角度分辨率代表著單位數字量的角度值，碼盤的碼道越多，角度分辨率和數字轉換與測量的精度就越高。
[0011]由于碼盤的旋轉，碼盤上光柵A12、A13轉換成的模擬信號非常接近正余弦信號，因此，可以把A12、A13產生的信號近似為sinx，cosx函數，其波形如圖3、4所示，其頻率隨碼盤轉換速度而定。
[0012]碼盤最外層碼道AlO~A13輸出的波形見圖5所示，增量編碼的頻率正好是絕對編碼二進制碼最低信號(AlI)的2倍，增量編碼允許最大頻率是2048Hz。
[0013]轉換
A/D轉換器采用8位模擬-數字轉換器，其電路圖見圖6所示，時序波形見圖7所示。
[0014]增量編碼輸出的正、余弦信號經過2個8位A/D轉換器取樣和轉換，轉換成8位二進制碼信號，其中最高位為符號位，A/D轉換見表1。
[0015]表1 A/D 轉換
【權利要求】
1.一種提高絕對式旋轉編碼器分辨率的方法，其特征在于:該方法采用增量/絕對混合編碼式的碼盤，在不增加碼道數量的情況下，通過增量編碼進行數字插值，提高絕對式旋轉編碼器的分辨率；增量編碼的兩路正、余弦信號經過2個8位A/D轉換器和I個32倍插值電路，輸出插值的5位二進制碼信號；絕對編碼的11位格雷碼信號通過格雷碼/ 二進制轉換電路，變換成11位二進制碼信號；絕對編碼的11位二進制碼信號和增量編碼插值的5位二進制碼信號通過組合和輸出接口電路，輸出一個16位二進制碼/格雷碼信號，使絕對式旋轉編碼器輸出數字的分辨率由11位提高到16位。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:增量編碼的兩個正、余弦信號被2個8位A/D轉換器采樣和轉換，變換成8位二進制碼信號，其中最高位是符號位，數字化的增量編碼信號通過I個32倍插值電路進行數字插值，輸出插值的5位二進制碼信號。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于:絕對編碼的N位格雷碼信號通過格雷碼/ 二進制轉換電路，變換成N位二進制碼信號；絕對編碼的N位二進制碼信號和增量編碼插值的5位二進制碼信號通過組合和輸出接口電路，輸出一個N+5位二進制碼/格雷碼數字信號，使絕對式旋轉編碼器輸出數字的分辨率由N位提高到N+5位。
【文檔編號】G01D5/347GK103528612SQ201310510625
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月26日 優先權日:2013年10月26日
【發明者】高文政, 徐磊, 韓彬, 石洪, 王磊 申請人:連云港杰瑞電子有限公司