一种提高绝对式旋转编码器分辨率的方法
【专利摘要】本发明是一种提高绝对式旋转编码器分辨率的方法，它采用增量/绝对混合编码式的码盘，在不增加码道数量的情况下，通过增量编码进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率。增量编码的两路正、余弦信号被2个8位A/D转换器采样和转换，再经过1个32倍插值电路进行数字插值，输出插值的5位二进制码信号。绝对编码的11位格雷码信号通过格雷码/二进制转换电路，变换成11位二进制码信号。增量编码插值的5位二进制码信号和绝对编码的11位二进制码信号通过组合和输出接口电路,输出一个16位二进制码/格雷码数字信号。本发明方法在不增加码盘上码道数目的情况下，通过增量编码信号进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率。
【专利说明】 一种提高绝对式旋转编码器分辨率的方法
【技术领域】
[0001]本发明是属于光机电一体化【技术领域】，涉及到光电转换技术、信号处理技术。特别是一种基于增量/混合编码技术，通过增量编码进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率的方法。
【背景技术】
[0002]旋转编码器是用来检测角度、位置、速度和加速度的传感器，是数控机床、伺服电机、电梯、汽车、纺织、仪器仪表、军工、航空航天等领域进行位置控制的重要自动控制设备。旋转编码器由光源、码盘和光敏二极管接收电路组成，码盘通过光刻技术在玻璃蚀刻适量的同心光栅的图案，形成透明和不透明码区，这种同心的光栅称为码道。光源发出平行光束，经过码盘的光栅调制，通过狭缝后，使光敏二极管接收电路输出透光为“ I ”而不透光为“O”的二进制输出信号，实现角度a的数字编码。旋转编码器产品按照信号和原理分类，一般分为增量式和绝对式两种，增量式旋转编码器通过轴旋转一定角度，提供一定数量的脉冲，码盘上有固定的码道数，码道的数量与输出脉冲数无关。通过模拟通道，输出交流信号，由于码盘的旋转，输出的模拟信号非常接近正、余弦信号，因此，可以把增量产生的信号近似为正、余弦信号，正、余弦信号的频率随码盘转换速度而定。绝对式旋转编码器把轴细分成规定数量的测量步，为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值，与码盘的转速无关，码道的数目等于绝对式旋转编码器分辨率的位数。我国市场销售的旋转编码器以增量式为主，占60%，绝对式占40%。但随着国内自动化水平不断提高，各个行业都在寻求通过技术改革和产品更新换代来提高产品的附加值，终端行业工作精度要求不断提高，绝对式旋转编码器的需求量越来越大。随着绝对式旋转编码器国产化程度的提高，价格回落，绝对式旋转编码器的市场占有率有较大提高。
[0003]绝对式旋转编码器分辨率的高低，是体现自动控制技术水平的重要标志，随着自动控制技术的发展，对高分辨率的绝对式旋转编码器的需求极其迫切，而绝对式旋转编码器提高分辨率的途径是增加码盘的码道，也就是增量光栅的数量，这直接导致码盘尺寸很大，现有的絹印技术很难实现，同时码盘的增大将导致绝对式旋转编码器体积的增大，不利于用户的使用。这极大地限制绝对式编码器的应用范围。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种新的提高绝对型旋转编码器分辨率的方法，该方法采用增量/绝对混合编码技术，在不增加码盘上码道数目的情况下，通过增量编码信号进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率。
[0005]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种提高绝对型旋转编码器分辨率的方法，其特点是，该方法采用增量/绝对混合编码式的码盘，在不增加码道数量的情况下，通过增量信号进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率。其转换电路如图1所示，增量编码的两路正、余弦信号经过2个8位A/D转换器和I个32倍插值电路，输出插值的5位二进制码信号。绝对编码的11位格雷码信号通过格雷码/ 二进制转换电路，变换成11位二进制码信号。绝对编码的11位二进制码信号和增量编码插值的5位二进制码信号通过组合和接口电路，输出一个16位二进制码/格雷码数字信号，使绝对式旋转编码器输出数字的分辨率由11位提高到16位。
[0006]本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方法来进一步实现，以上所述是一种基于增量/绝对混合编码提高绝对型旋转编码器分辨率的方法，其特点是，增量编码的两个正、余弦信号被2个8位A/D转换器采样和转换，变换成8位二进制码信号，其中最高位是符号位，数字化的增量编码信号通过I个32倍插值电路进行数字插值，输出插值的5位二进制码信号。
[0007]本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方法来进一步实现，以上所述是一种基于增量/绝对混合编码提高绝对型旋转编码器分辨率的方法，其特点是，增量编码的两路正、余弦信号经过2个8位A/D转换器和I个32倍插值电路，输出5位插值二进制码信号。绝对编码的N位格雷码信号通过格雷码/ 二进制转换电路，变换成N位二进制码信号。绝对编码的N位二进制码信号和增量编码插值的5位二进制码信号通过组合和输出接口电路，输出一个N+5位二进制码/格雷码数字信号，使绝对式旋转编码器输出数字的分辨率由N位提高到N+5位。
[0008]下面进行具体阐述。
[0009]码盘
绝对式旋转编码器采用13位增量/绝对混合的码盘，通过光刻技术在玻璃蚀刻结构图案，码盘示意图见图2所示。其中Al~All为绝对式码道，A12、A13为增量式码道。
[0010]绝对式码盘采用格雷码，码道数与位数有关，其分辨率:
Tr=SeO0y^u = OJS0
码盘的角度分辨率代表着单位数字量的角度值，码盘的码道越多，角度分辨率和数字转换与测量的精度就越高。
[0011]由于码盘的旋转，码盘上光栅A12、A13转换成的模拟信号非常接近正余弦信号，因此，可以把A12、A13产生的信号近似为sinx，cosx函数，其波形如图3、4所示，其频率随码盘转换速度而定。
[0012]码盘最外层码道AlO~A13输出的波形见图5所示，增量编码的频率正好是绝对编码二进制码最低信号(AlI)的2倍，增量编码允许最大频率是2048Hz。
[0013]转换
A/D转换器采用8位模拟-数字转换器，其电路图见图6所示，时序波形见图7所示。
[0014]增量编码输出的正、余弦信号经过2个8位A/D转换器取样和转换，转换成8位二进制码信号，其中最高位为符号位，A/D转换见表1。
[0015]表1 A/D 转换
【权利要求】
1.一种提高绝对式旋转编码器分辨率的方法，其特征在于:该方法采用增量/绝对混合编码式的码盘，在不增加码道数量的情况下，通过增量编码进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率；增量编码的两路正、余弦信号经过2个8位A/D转换器和I个32倍插值电路，输出插值的5位二进制码信号；绝对编码的11位格雷码信号通过格雷码/ 二进制转换电路，变换成11位二进制码信号；绝对编码的11位二进制码信号和增量编码插值的5位二进制码信号通过组合和输出接口电路，输出一个16位二进制码/格雷码信号，使绝对式旋转编码器输出数字的分辨率由11位提高到16位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:增量编码的两个正、余弦信号被2个8位A/D转换器采样和转换，变换成8位二进制码信号，其中最高位是符号位，数字化的增量编码信号通过I个32倍插值电路进行数字插值，输出插值的5位二进制码信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:绝对编码的N位格雷码信号通过格雷码/ 二进制转换电路，变换成N位二进制码信号；绝对编码的N位二进制码信号和增量编码插值的5位二进制码信号通过组合和输出接口电路，输出一个N+5位二进制码/格雷码数字信号，使绝对式旋转编码器输出数字的分辨率由N位提高到N+5位。
【文档编号】G01D5/347GK103528612SQ201310510625
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月26日 优先权日:2013年10月26日
【发明者】高文政, 徐磊, 韩彬, 石洪, 王磊 申请人:连云港杰瑞电子有限公司