小型光電編碼器的高分辨率細分技術

1、小型光電編碼器的高分辨小型光電編碼器的高分辨率細分技術率細分技術概述小型光電編碼器的組成及原理小型光電編碼器細分誤差分析高分辨力的電子學細分方法2022-2-232022-2-231.1.概述概述定義：定義：光電編碼器是一種集光、機、電為一體的精密角度測量裝置，又被稱為光電角位置傳感器。原理：原理：光電編碼器以光柵莫爾條紋技術為基礎，以高精度計量圓光柵為角位移檢測基準，通過光電轉化技術將被測的空間角位置轉換為數(shù)字代碼。功能：功能：可以實現(xiàn)角位移、角速度、角加速度及其他物理量的精確測量。特點：特點：具有分辨率高、精度高、智能化以及使用可靠、無接觸測量、易于維護。應用領域：應用領域：在國防、航空航

2、天中廣泛用于精密測量和實時控制。工業(yè)發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢：小型化、智能化、高分辨力、高精度和高頻響。2022-2-232.2.小型小型光電編碼器組成及原理光電編碼器組成及原理1.1.組成結構組成結構小型光電編碼器由數(shù)據(jù)采集和處理數(shù)據(jù)采集和處理兩部分組成，如圖1所示，數(shù)據(jù)采集裝置包括：光學照明系統(tǒng)、矩陣式碼盤、狹縫、光敏元件、軸系及固定結構。數(shù)據(jù)處理裝置包括：放大電路、比較電路、單片機處理系統(tǒng)、RS422通訊接口電路及LED顯示電路。 圖1 小型光電編碼器結構2022-2-232.2.小型小型光電編碼器組成及原理光電編碼器組成及原理2.2.原理及工作過程原理及工作過程 原理：原理：小型光電編碼器設

3、有一個粗碼讀數(shù)頭和兩個精碼讀頭。粗碼讀數(shù)頭讀取碼盤內(nèi)圈的矩陣碼信息，獲取粗碼號。兩個精碼讀數(shù)頭被對徑安裝在最外圈精碼碼道位置上，讀取精碼信號，兩路精碼數(shù)字量對徑相加后，可以減少軸系晃動及碼盤安裝偏心的影響。 工作過程：工作過程：矩陣碼盤隨軸系旋轉光電接收器件放大器和比較器單片機（粗碼譯碼、精碼細分、精粗校正）光源顯示通信接口2022-2-233.3.小型小型光電光電編碼器細分誤差分析編碼器細分誤差分析高分辨力編碼器細分誤差可以分為信號直流分量誤差、幅值誤差、相位誤差、諧波分量誤差、噪聲誤差和量化誤差等。碼盤精碼光電信號的提取一般采用莫爾條紋技術獲得兩路正交信號，波 形 為 準 正 弦 波 ，

4、兩 路 精 碼 信 號 的 完 整 函 數(shù) 表 達 式 為 ：其中A0和B0為直流分量，是直流分量誤差的來源；Am和Bm為基波信號的幅值，是信號幅值誤差的來源；兩路信號的相位差是相位誤差的來源； 為高次諧波分量的總和，是諧波分量誤差的來源；e為電噪聲，是噪聲誤差的來源；由于編碼器角度數(shù)據(jù)由數(shù)字代碼表示，因此產(chǎn)生量化誤差。2022-2-234.4.高分辨力的電子學細分高分辨力的電子學細分方法方法1.1.細分方法及細分精度影響因素細分方法及細分精度影響因素電子學細分分為硬件細分和軟件計算法細分。硬件電路細分：硬件電路細分：幅度調(diào)制型細分和相位調(diào)制型細分，二者都存在電路過于龐大復雜，難以實現(xiàn)較高細分

5、份數(shù)的問題。軟件計算法細分：軟件計算法細分：把編碼器光電信號通過A/D變換，將模擬信號變成數(shù)字信號，然后送入微機或微控制器中，依靠軟件程序計算的方法來實現(xiàn)，該方法的細分份數(shù)是由光電信號質量及A/D轉換器的位數(shù)及精度來決定的。2022-2-234.4.高分辨力的電子學細分高分辨力的電子學細分方法方法2.2.高分辨力電子學細分高分辨力電子學細分小型光電編碼器用圓光柵進行測量時，其角度值為：式中：P為圓光柵的柵距；N為正弦周期信號的周期數(shù)；為不足一個正弦周期的小數(shù)部分。為了進一步提高角度的分辨力，需要對進行細分。光電編碼器的精碼信號就是光柵副相對移動一個柵距，經(jīng)過光電轉換后形成的一個周期的正(余)弦

6、信號us、uc。電子學細分就是對精碼信號進行細分以獲得更高的分辨力及精度。2022-2-234.4.高分辨力的電子學細分高分辨力的電子學細分方法方法3.3.高分辨力電子學細分高分辨力電子學細分首先，將兩路精碼信號us、uc送入A/D轉換器的模擬輸入端進行模數(shù)轉換采集，然后，利用存儲在單片機中的修正系數(shù)1/a和b/a對這兩路精碼信號進行修正，得到兩路正交的正余弦精碼信號，分別為：2022-2-234.4.高分辨力的電子學細分高分辨力的電子學細分方法方法3.3.高分辨力電子學細分高分辨力電子學細分由公式(7)可知細分角度值與合成函數(shù)值tan一一對應，在確定細分角度的同時，又可以減小振幅波動對光電信號質量的影響。令N代表總細分數(shù)，Tn代表某一相角所對應的細分值，即得到優(yōu)化的細分公式(9)，公式中增加了對模數(shù)轉換誤差的修正。2022-2-234.4.高分辨力的電子學細分高分辨力的電子學細分方法方法3.3.高分辨力電子學細分高分辨力電子學細分2022-2-235.5.小結小結小型光電編碼