什么是光電編碼器？

亨士樂(lè)光電編碼器是一種高精度角測(cè)量裝置，廣泛應(yīng)用于各種航空、航空和地面測(cè)量系統(tǒng)。當(dāng)外部環(huán)境改變或編碼器長(zhǎng)期使用時(shí)，發(fā)光元件和接收元件(光電編碼器內(nèi))的參數(shù)改變，導(dǎo)致從編碼器接收元件輸出的電流與理想電流之間的偏差，影響編碼器的準(zhǔn)確性。當(dāng)偏差大時(shí)，Hengstler編碼器的故障大到編碼器停止工作。任何因環(huán)境變化而引起的編碼器故障，均可透過(guò)在高溫和低溫下使用互補(bǔ)發(fā)光元件及接收元件，在一定程度上減少。由于溫度變化，發(fā)光元件和接收元件的參數(shù)不能完全互補(bǔ);因此，這種方法只能改進(jìn)環(huán)境變化造成的編碼器故障，而不能完全消除編碼器故障。通過(guò)調(diào)整數(shù)字電位器的電阻值，編碼器信號(hào)的輸出幅幅在一個(gè)理想的范圍內(nèi)。該方法還可以降低編碼器在信號(hào)幅值變化中的誤差。然而，這種處理電路是復(fù)雜的，需要高精度的數(shù)字電位器。處理器可以補(bǔ)償編碼器和其他參數(shù)的任何長(zhǎng)期故障。因此，其使用條件有限。



研究人員多次嘗試改進(jìn)Hengstler編碼器的分辨率和準(zhǔn)確性。例如，這些包括使用高精度的圖像傳感器來(lái)精確測(cè)量編碼器的編碼板位置，使用多重讀取頭來(lái)提高編碼器的準(zhǔn)確性，使用干擾方法，提高莫雷條紋信號(hào)的品質(zhì)，以提高測(cè)量精度，并使用對(duì)比法來(lái)衡量及確保編碼器每個(gè)位置的故障得到補(bǔ)償。以往的研究取得了良好的成果。本文在不增加硬件甚至減少硬件的基礎(chǔ)上，僅依靠算法提高編碼器的測(cè)量精度，當(dāng)編碼器輸出的莫雷條紋信號(hào)因外部環(huán)境的變化而改變時(shí)，編碼器仍能保持高的測(cè)量精度。

本文采用數(shù)字處理系統(tǒng)處理光電編碼器信號(hào)。亨士樂(lè)編碼器頭的接收管通過(guò)電流限制電阻將信號(hào)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。信號(hào)電壓是輸入到微處理器的AD(模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換.編碼器頭的原始信號(hào)分為粗信號(hào)和細(xì)信號(hào)。當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)，微處理器實(shí)時(shí)收集編碼器發(fā)出的粗而細(xì)的信號(hào);然后，微處理器計(jì)算每個(gè)粗碼信號(hào)的幅值參數(shù)和細(xì)碼作為信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。編碼器信號(hào)的每個(gè)通道的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)值記錄在微處理器的閃存中，在電源故障后不會(huì)丟失。微處理器從編碼器中收集每一個(gè)信號(hào)的實(shí)際值，該值乘以信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，以獲得標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)的值。標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)值是指去除環(huán)境變化引起的參數(shù)變化而得到的值。

增加反向精確信號(hào)，以消除碼盤(pán)偏心所造成的故障。原始編碼器信號(hào)是相位差為90度的正弦波信號(hào)，記錄在J0、J90、J180和J270參數(shù)中。J0的相位設(shè)置為0度，J90的相位設(shè)置為90度，J180的相位設(shè)置為180度，J270的相位設(shè)置為270度。J0和J180的區(qū)別是正弦信號(hào)(SIN)，J90和J270的區(qū)別是余弦信號(hào)(COS)。SIN/CO的弧線是編碼器的精確細(xì)分角。編碼器光電接收器的原始信號(hào)是電流信號(hào)，不能直接輸入到AD轉(zhuǎn)換器，需要在輸入之前轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。傳統(tǒng)的處理方法是每臺(tái)接收機(jī)與電位器串聯(lián)連接。當(dāng)電流信號(hào)固定后，通過(guò)調(diào)整電位器的電阻值，可以調(diào)節(jié)每個(gè)信號(hào)的電壓。然后，兩個(gè)相位差180度的信號(hào)被發(fā)送到模擬放大器的兩端。例如，將J0發(fā)送到正(+)放大器銷(xiāo)，將J180發(fā)送到負(fù)(-)放大器銷(xiāo)，放大器的輸出信號(hào)是正弦函數(shù)。通過(guò)調(diào)整電位器的電阻和放大器的放大，SIN的幅值正好是AD轉(zhuǎn)換器的輸入范圍，而同一COS的幅值也與AD轉(zhuǎn)換器的輸入范圍一致。在這個(gè)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的放大器被刪除。采用該方法，保證了SIN和COS信號(hào)的幅值一致。規(guī)范化和粗碼信號(hào)被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制術(shù)語(yǔ).當(dāng)時(shí)，粗代碼是通過(guò)查找表中的值來(lái)解碼的，因?yàn)榇执a是通過(guò)細(xì)代碼修正的。最后，將細(xì)碼和粗碼組合在一起，得到適當(dāng)?shù)木幋a器角。

亨士樂(lè)編碼器的故障主要分為長(zhǎng)期故障和次級(jí)類(lèi)型故障。為了提高Hengstler編碼器的準(zhǔn)確性，在編碼器系統(tǒng)中增加了故障校正方法。安裝和調(diào)整后，我們的編碼器與高精度編碼器一起安裝并旋轉(zhuǎn)。用比較法自動(dòng)測(cè)量細(xì)分誤差和長(zhǎng)周期編碼器誤差。然后，細(xì)分和長(zhǎng)期誤差轉(zhuǎn)換為表格形式，即。，一個(gè)故障數(shù)據(jù)表。編碼器使用細(xì)分誤差表來(lái)修正細(xì)分角，而在角輸出前添加長(zhǎng)期誤差來(lái)修正細(xì)分角。與傳統(tǒng)的編碼器電路相比，編碼器的數(shù)據(jù)處理電路大大減小了數(shù)據(jù)處理電路的尺寸，提高了編碼器的精度，大大提高了編碼器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。該方法可降低編碼器對(duì)安裝和調(diào)整精度的依賴(lài)，適合于批量生產(chǎn)的編碼器。

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