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小型绝对式光电编码器原理及实现

类别:公司动态   发布时间:2021-02-10 11:09:51   浏览:

  实际电路中,M信道对应的差分信号为sin_PMNM;N码道对应的差分信号为sin_PN,NN;S码道对应的差分信号为sin_PS,sin_NS;M,N,S信道差分信号的表达式分别如式(4),(5),(6)所示。www.saiseiron.com

  小型绝对式光电编码器原理及实现(图1)

  小型绝对式光电编码器原理及实现(图2)

  3细分技术

  编码器主码道采用电子细分技术获取高分辨率精码。正弦信号的质量决定了最大分辨率和系统精度。为了实现更好的插值,识别相关信号误差和对其补偿是重要的。典型的误差源包括正余弦信号的零点偏移(OS和OC);正余弦信号(幅值AS和AC)之间变化的敏感度;正弦和余弦信号之间的相移为偏离90°(φSERR、φCERR),传感器的特性曲线的非线性(正弦外形偏差FSIN、FCOS)。总体来说,角度能在一个周期划分中通过正余弦信号的商的反正切计算出来。根据公式(11)有:

  小型绝对式光电编码器原理及实现(图3)

  因此,编码器需要有幅值补偿、相移补偿和零偏补偿能力。实际电路中通过复杂的可编程校准电路补偿后,幅值误差低于0.33%,零偏误差低于0.2%,相移误差低于0.22?(相对于Vpp)。

  4通信接口

  编码器采用BiSS‐C数字接口,BiSS‐C是一个高速、安全的同步串行通讯接口标准,它可以将传感器的数据传回主端口,并以双向通讯方式将传感器的参数从传感器的寄存器中读出或写入,BiSS‐C接口的硬件与SSI接口兼容。其基本时序如图3所示:

  小型绝对式光电编码器原理及实现(图4)

  BiSS‐C采用标准RS‐422电气规范,需要时钟、数据两路信号;BiSS‐C采用总线延迟补偿技术,确保长距离高速通信可靠性。BiSS‐C的典型通信应用距离可以达到10米10MHz,25米5MHz。BiSS‐C协议帧的初始时钟用于启动编码器内部采样电路,采样后的信号经过补偿和游标解算形成绝对值编码。绝对值编码在同步时钟的触发下,向数据线移出。绝对值编码生成时刻与初始时钟发出时刻同步并且时间偏差小于1.25us(不考虑线路因素)。这就为控制器的算法优化提供了很好的技术保证,BiSS‐C数字接口的技术优势在需要高速、高增益控制指标的系统中更加明显。

  5系统实现

  一个完整的绝对式编码器由光源、码盘、狭缝、光电接收阵列及解码电路构成。解码电路包括6路独立的差分增益放大器,每条码道有2路相位相差90°的正弦信号,由硬件完成零偏补偿。补偿后的信号进入A/D进行量化,由软件完成采样值的幅值匹配补偿和相移补偿。校正后的测量值接近理想正弦,通过反正切变换,获得相位角。通过游标解算,最终获得编码器的绝对位置。图4绝对式编码器结构框图

  小型绝对式光电编码器原理及实现(图5)体育外围下载

  6结论

  本文提出了一种基于三码道游标编码的绝对式编码器。三码道游标编码具有刻划简单、便于装调,分辨率高,适于产业化推广等优点。本文对编码原理进行了说明,并给出了编码过程;对细分电路进行了说明,给出了误差公式,对数字通信接口进行了说明;给出了编码功能框图,实践证明通过相位调制,有效提高了码盘的编码密度,减少了码道数量,从而对实现绝对式编码器的小型化应用有重要意义。

  【1】叶盛祥光电位移精密测量技术[M].成都.四川科学技术出版社,2003

  【2】GeorgeEllis控制系统设计指南:第3版[M].北京.北京电子工业出版,2006

  【3】刘长顺、王显军、韩旭东等;八矩阵超小型绝对式光电编码器[J].光学精密工程,2010,18(2),326‐332.

  【4】杨鹏;艾华;刘长顺;超小型准绝对式编码器的研制[J];光电工程;2008,35(12)141‐144

  【5】陈赟、赵兴国;单圈绝对式光电轴角编码器的研究;光子学报;2008,12

  【6】光电编码器技术汇编[M];长春第一光学仪器厂

  【7】JoachimQuasdorfPosition/Presence/ProximityTheVernierScaleGoesDigital[J];

  www.sensormag.com;

  January1,2009


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