增量編碼器誤碼脈沖產(chǎn)生的原因及濾波方法。

Hengstler增量式光電編碼器是一種集光學(xué)、機(jī)械和電子于一體的角度、速度和位移傳感器。它具有精度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定可靠等顯著優(yōu)點(diǎn)。它可以將位移等物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)，并通過計(jì)算脈沖數(shù)量來實(shí)現(xiàn)精確的位移門。然而，當(dāng)亨士樂編碼器旋轉(zhuǎn)緩慢時(shí)，輸出信號(hào)包含大量抖動(dòng)誤碼脈沖，這些脈沖會(huì)導(dǎo)致不正確的計(jì)數(shù)，并導(dǎo)致不準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。因此，在計(jì)算脈沖數(shù)量之前，有必要濾除輸出信號(hào)中存在的抖動(dòng)誤碼脈沖。

編碼器的工作原理

編碼器的內(nèi)部光源產(chǎn)生平行光，通過編碼器碼盤上的窄槽照射到光電管上，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，即編碼器的輸出信號(hào)。在編碼器盤上有兩個(gè)相位差為90°的窄槽A和B，對(duì)應(yīng)于A相位信號(hào)和B相位信號(hào)的輸出信號(hào)。在這項(xiàng)工作中，A相和B相信號(hào)的狀態(tài)只能以四種形式組合，并且不能同時(shí)跳躍。在測(cè)量過程中，可以使用外部可逆計(jì)數(shù)器來計(jì)算脈沖數(shù)（A相或B相），但亨士樂編碼器本身無法“記住”其工作狀態(tài)。需要相位微分部分來確定編碼器的旋轉(zhuǎn)方向并確定計(jì)算機(jī)的加法和減法算法。

編碼器產(chǎn)生誤碼的原因

為了說明誤碼脈沖的存在，編碼器盤被局部放大，如圖1所示。圖中的點(diǎn)是編碼器旋轉(zhuǎn)軸的中心，圓角矩形表示碼盤A列和B列中的透光間隙。假設(shè)編碼器光源位于圖1所示光源的正上方，光電管相應(yīng)地位于碼盤的另一側(cè)。此時(shí)，編碼器的A相位信號(hào)處于高電平狀態(tài)，而B相位信號(hào)處于高低電平跳躍的過渡狀態(tài)。不同旋轉(zhuǎn)過程中A和B之間的相位關(guān)系如圖2所示。由于旋轉(zhuǎn)編碼器中沒有鎖定裝置，其旋轉(zhuǎn)軸容易受到外力（如風(fēng)力）和機(jī)械振動(dòng)（即抖動(dòng)）的小振動(dòng)的影響。在光束槽邊緣（B列）的作用下，光電管接收到的光信號(hào)（B相）將是Hengstler編碼器旋轉(zhuǎn)軸具有一定抖動(dòng)狀態(tài)的替代假設(shè)，其輸出信號(hào)的波形如圖3所示。







由此可見，碼盤的窄邊是編碼器輸出信號(hào)中抖動(dòng)誤差碼脈沖的主要原因，這是由亨士樂增量編碼器的物理結(jié)構(gòu)引起的，無法避免。因此，我們只能識(shí)別和消除輸出信號(hào)中的抖動(dòng)誤差碼脈沖，提取真正有效的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，避免測(cè)量結(jié)果中的誤差。

編碼器脈沖的濾波抖動(dòng)誤碼脈沖

集成芯片濾波

從前面的分析可以看出，對(duì)于確定的碼盤，脈沖周期對(duì)應(yīng)于固定的碼盤角位移σ。所以它的量化誤差是0/2。如果A或B信號(hào)可以被四倍，則計(jì)數(shù)脈沖的周期被減少到T/4。量化誤差降低到0/8，使Hengstler光電編碼器的角位移測(cè)量精度提高了四倍以上。在實(shí)際電路中，可以使用專用芯片將兩個(gè)正交方波四倍，并生成兩個(gè)加法和減法計(jì)數(shù)信號(hào)。可以發(fā)送雙時(shí)鐘頻率的可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，也可以直接發(fā)送到微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以達(dá)到集成效果。



多級(jí)D觸發(fā)器濾波

多級(jí)D觸發(fā)器濾波過程利用電路對(duì)信號(hào)的延遲和門電路的邏輯運(yùn)算能力來消除由振動(dòng)引起的高頻方波干擾脈沖，防止錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。如圖5所示，該干擾信號(hào)到達(dá)計(jì)數(shù)器的必要條件是Q、2。



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