[發明專利]基于TDC計時器的高精度位置信號檢測方法和裝置

無效

• 申請號: 201110310977.X
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102620755A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 楊文安;郭宇;廖文和
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01D5/244
• 分類號: G01D5/244
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

技術領域

本發明涉及一種位置檢測技術，尤其是一種利用機械運動連續性特征，采用高精度時間測量方法，實現運動過程中的位置信號精度檢測的方法及裝置，具體地說是一種基于TDC計時器的高精度位置信號檢測方法和裝置。?

背景技術

????眾所周知，高精度位置信號檢測是數控裝備、精密測量儀器系統的重要組成部分。尤其對于閉環控制系統中，位置信號檢測的精度決定了加工精度。要提高檢測精度，就要選用更高分辨率的檢測裝置，而高分辨率的檢測裝置價格高昂，在普通數控裝備上使用時極不經濟，并且精密的檢測裝置對于使用環境的要求十分茍刻。因此，如果能夠突破檢測裝置本身的局限性，研究出一種成本相對較低、位置精度相對較高的檢測裝置，將具有十分重要的意義。?

針對這個問題，國內外學者和科技工作人員展開了許多研究，提出了機電結合法，這一方法的基本思想是通過升速傳動裝置將旋轉或擺動進給軸與傳感裝置旋轉軸連接起來，利用傳動裝置的升速比，增大角度檢測裝置的旋轉角度，從而提高檢測分辨率。如果傳動裝置的升速比為M，則傳感器的分辨率可提高M倍。鄧方、陳杰與陳文頡等為解決高精度光電編碼器檢測中存在的問題，用此方法以蝸輪蝸桿對步進電機的輸出角位移進行細分,提高了電機的控制精度。然而，由于該方案中存在機械傳動鏈，盡管傳動鏈主要傳遞運動，傳動力矩很小，但還是存在傳動間隙和機械變形，因此，該方案會導致脈沖輸出不均勻、誤差較大等情況。?

發明內容

本發明的目的是針對目前高分辨率的檢測裝置價格高昂、使用環境的要求十分茍刻，難以滿足生產需要的問題，提供一種分辨力與測量精度度，成本低的基于TDC計時器的高精度位置信號檢測方法和裝置。?

??

本發明的技術方案之一是：

一種基于TDC計時器的高精度位置信號檢測方法，其特征是它包括以下步驟：

首先，利用信號調理電路對檢測裝置輸出的兩路正交信號進行信號調理，再通過斬波器，實現調制；

其次，將經過調制后的信號及經移向器移向后的基準脈沖一起送入斬波器中進行斬波處理；

第三，將經過斬波器斬波處理的信號送入加法器中進行加法處理，再經過帶通濾波器濾除低頻調制頻率和三次諧波以上的頻率，使得原本對空間位移的測量轉化為對時間信號相位角的測量，進行過零比較，可以得到同頻同相的方波信號；

最后，將方波信號和移向器輸出的載波脈沖信號同時送入可以達到ps（皮秒）級的TDC（時間數字轉換）計時器，進行計數，經過數學計算會得到n、N兩個值，對這兩個值進行計算，即得到相應的角度值，根據角度值最終算出檢測裝置最終的位置坐標。其中，n表示為載波脈沖與公式（10）中待測信號的相位差值所記脈沖數，N表示為公式（10）中待測信號半個周期的所記脈沖數。

本發明的技術方案之二是：?

一種基于TDC計時器的高精度位置信號檢測裝置，其特征是它主要由信號調理電路1、第一斬波器2、第二斬波器3、加法器4、帶通濾波器5、過零比較器6、TDC計時器7、基準脈沖電路8和移向器9，信號調理電路1的輸入端與檢測裝置的兩路輸出端相連，信號調理電路1的兩路輸出端分別與對應的第一斬波器2和第二斬波器3的一路輸入端相連，第一斬波器2和第二斬波器3的另一路輸入端分別與移向器9對應的輸出端相連，移向器9的輸入端接基準脈沖電路8的輸出端，第一斬波器2和第二斬波器3的輸出端分別接加法器4對應的兩個輸入端，加法器4的輸出接帶通濾波器5的輸入端，帶通濾波器5的輸出端接過零比較器6的輸入端，過零比較器6的輸出端及移向器9的載波脈沖信號同時接TDC計時器7的輸入端，TDC計時器7的輸出端接由FPGA實現高精度位置測算模塊10的輸入端，高精度位置測算模塊10經計算后輸出位置信號給控制系統。

所述的基準脈沖電路8為輸出固定頻率的基準脈沖電路。?

本發明的有益效果：?

本發明利用普通精度的檢測裝置即可實現位置檢測信號的精確測量，有效地提高檢測裝置的分辨力及測量精度，降低實際成本。

附圖說明

圖1是本發明的檢測裝置的原理框圖。?

圖2是本發明的TDC核心測量單元的原理圖。?

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。?

實施例一。?

如圖1、2所示。?

一種基于TDC計時器的高精度位置信號檢測方法，它包括以下步驟：?

首先，利用信號調理電路對檢測裝置輸出的兩路正交信號進行信號調理，再通過斬波器，實現調制；