[發明專利]對位置傳感器的正余弦信號細分和數據編碼的裝置及實現方法

有效

• 申請號: 201010555912.7
• 申請日: 2010-11-23
• 公開（公告）號: CN102111158A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 楊俊平;曾慶明;宋師;黃揚根
• 申請（專利權）人: 廣州數控設備有限公司
• 主分類號: H03M1/64
• 分類號: H03M1/64;G01D5/244
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明涉及一種編碼器輸出信號的檢測，處理及輸出的裝置，尤其涉及對位置傳感器的正余弦信號進行細分和數據編碼的裝置及其實現方法。

背景技術

編碼器是數控系統中測量系統的核心功能部件，其精度影響到數據裝置的控制精度。編碼器的發展是由原始的增量式方波輸出到正余弦1Vpp信號/絕對值數據輸出，同時也由增量式方式發展到了絕對值方式，分辨率越來越精細，精度越來越高。早期數控或測量系統中編碼器采樣方波式輸出，不能滿足高精度位置及絕對位置的要求。隨著機床工業的發展，對工件和測繪精度的要求不斷提高，對編碼器提出了更高的要求。但是這種編碼器包含如下局限：方波信號將正余弦信號大部分信息省略了，只取了正余弦信號的兩種狀態，其分辯率直接受制于編碼器的線數；為了提高編碼器的分辯率，必須提高編碼器碼盤的物理刻線的數量，這受限于碼盤直徑大小和制作工藝；當提高轉速時，方波輸出式編碼器由于內部單色光的干涉現象會更加明顯，同時輸出的方波的頻率增加，頻譜豐富，對接收端的要求增高，因此方波輸出的編碼器能實現的最大轉速較低，這種情況隨著編碼器的分辯率越高而越明顯；方波輸出傳輸距離輸較近，最優大概30米，過長易由于方波在傳輸過程中高頻部分的缺失造成誤碼計數或不計數。

近幾年新興的正余弦輸出的編碼器產品以其精度高，后續處理簡單快捷被越來越廣泛被使用。正余弦信號輸出的編碼器是高分辨率高精度的平衡產品，同方波式編碼器相比，有很多優勢：對于正余弦信號包含的相對信息，可以通過特定的插值和補償方式，在不提高物理刻線的情況下可以獲得比方波情況下高得多的位置信息；在相同的數學分辯率的情況下，物理刻線比方波式輸出編碼器少很多，因而編碼器轉速可以大大提高；正余弦信號輸出的編碼器輸出的頻譜比較單一，很少頻譜特異成分，同方波輸出的編碼器相比，其信號在輸出距離遠時衰減較小，輸出的距離更加遠。因此正余弦信號輸出的編碼器為高精度檢測提供了條件，成為高精控制領域內的必備設備。但其代價是技術難度大，現在僅為世界幾家大公司所掌握，且其高精度編碼器在國內的價格非常高。

國內同類產品現狀：由大連光洋科技工程有限公司正研制類似功能的產品。其專利申請號為200910188342.x的《高速正余弦細分裝置》為同樣功能的產品。但是從方法上來講，其算法比較簡單，而且其算法模塊只是簡單地由FPGA完成。這一點顯得方法單一，補償方式困難，難于進行更復雜的計算，不便于快速適應多種編碼器。該專利的實質是通過查表法進行誤差校正。其專利申請號為200910188345.3的《正余弦輸出型編碼器本身精度補償系統》和專利申請號為200910188341.5的《正余弦編碼器在線實際誤差補償系統》的內容，就是與前者相配套的檢測校正裝置和方法。針對特定的編碼器，進行一系列的測量，對誤差進行補償修正，保存在其細分裝置中。但是其適應性和實用性不理想，難于快速廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種對位置傳感器的正余弦信號進行細分和數據編碼的裝置。該裝置將編碼器輸出的正余弦信號進行多倍插值細分，通過高速運算提高位置信號檢測精度以實現高分辯率控制，降低高精度編碼器的成本。

本發明的另一個目的在于提供上述對位置傳感器的正余弦信號進行細分和數據編碼的裝置的實現方法。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：對位置傳感器的正余弦信號進行細分和數據編碼的裝置，具體包括：

編碼器，用于輸出1Vpp的正弦差分信號、1Vpp的余弦差分信號以及一周信號；

第一信號調理模塊，用于對從編碼器輸出的1Vpp正弦差分信號進行處理，濾除其輸入的噪聲，并將信號進行2倍放大；

第二信號調理模塊，用于對從編碼器輸出的1Vpp余弦差分信號進行處理，濾除其輸入的噪聲，并將信號進行2倍放大；

第一模數轉換器，用于對從第一信號調理模塊出來的正弦差分信號進行高速采樣；

第二模數轉換器，用于對從第二信號調理模塊出來的余弦差分信號進行高速采樣；

第一比較器，用于將編碼器的余弦差分信號整形，變成過零脈沖信號；

第二比較器，用于將編碼器的正弦差分信號整形，變成過零脈沖信號；

第三比較器，用于將一周信號進行整形，產生一個脈沖信號；

FPGA模塊，用于對從第一比較器、第二比較器、第三比較器、第一模數轉換器以及第二模數轉換器中輸出的信號進行預處理以及對從DSP模塊中輸出的絕對細分位置值進行數據編碼處理；

DSP模塊，用于對從FPGA模塊中輸出的數據進行補償與計算；