[發明專利]一種光電編碼器精密測速系統及方法

有效

• 申請號: 201910342900.7
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110133316B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 萬秋華;賈興丹;孫瑩;趙長海;盧新然
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

1.一種光電編碼器精密測速系統，其特征在于，包括：連接支架、直流電機、數據采集及控制電路、電機驅動電路、具有顯示設備的計算機和光電編碼器；

所述光電編碼器固定在所述連接支架上且主軸與所述直流電機相連接；

所述數據采集及控制電路并通過所述電機驅動電路與所述直流電機相連接，所述計算機及所述光電編碼器與所述數據采集及控制電路相連接；

所述計算機用于向所述數據采集及控制電路發送啟動命令；所述數據采集及控制電路用于根據所述啟動命令控制所述電機驅動電路驅動所述直流電機轉動；所述直流電機用于帶動所述光電編碼器同步轉動；所述數據采集及控制電路還用于采集所述光電編碼器同步轉動時所產生的莫爾條紋信號，以此得到所述光電編碼器位置的角度數據，并將所述角度數據按照預設公式計算得到所述光電編碼器的速度信息，并輸出至所述計算機進行顯示；

在所述光電編碼器的指示光柵每1/4莫爾條紋間距處放置一個光電讀數頭，并共設置四個光電讀數頭；

所述數據采集及控制電路按照預設公式計算得到所述編碼器速度信息的過程如下：

所述數據采集及控制電路采集四個光電讀數頭輸出四路相位相差π/ 2的正弦電信號，經信號處理電路差分放大后，輸出兩路正余弦信號U_s,U_c

式(1)中，θ為莫爾條紋信號周期內的角度數據，U為莫爾條紋信號幅度；

設定所述光電編碼器是做加速度變化很小的近似勻變速運動，選取三階以下的運動方程進行討論即可滿足實際要求；

將t₀＝0時刻作為位移的起點，簡化的運動方程如下：

θ(t)＝θ₀+a₁(t-t₀)+a₂(t-t₀)²+a₃(t-t₀)³ (2)

式(2)中，θ₀,a₁,a₂,a₃分別為采樣起始點的位置、角速度、角加速度和角加速度的變化率；

間隔相等的采樣時刻，在t₀、t₁、t₂、t₃時刻分別對莫爾條紋光電信號進行采樣，得到t_i時刻的兩路正余弦信號U_s(t_i),U_c(t_i)，i＝0,1,2,3，由公式(3)計算得到t_i時刻的角度數據θ(t_i)

當和時，正切幅值過大造成溢出，所以在莫爾條紋周期內，對公式(3)進行分段討論，得到

將所得到的θ(t_i)，代入公式(2)式得到下列方程組：

通過高斯消去法求解未知數a₁、a₂、a₃，計算此次采樣t₀～t₃的速度：

v＝a₁+2a₂(t-t₀)+3a₃(t-t₀)²,(t₀t≤t₃) (6)

公式(6)是在莫爾條紋周期內得到的速度信息，設光電編碼器精碼刻劃數為2ⁿ，n為精碼碼道位數，則實際速度信息為：

當進行下一次采樣時，則此次采樣的t₀時刻為上一次采樣的t₁時刻；同理可以得出，每一時刻對應3個莫爾條紋運動方程，則該時刻3個速度方程的平均值，即為該時刻的速度v(t)

v_k(t)為t時刻的每一次計算所得到的光電編碼器的速度信息。

2.根據權利要求1所述的光電編碼器精密測速系統，其特征在于，所述數據采集及控制電路包括：

數據采集電路，所述數據采集電路與所述光電編碼器連接，用于采集所述光電編碼器產生的莫爾條紋信號。