编码器信号故障检测装置及方法与流程

本发明涉及故障检测领域，具体而言，涉及一种编码器信号故障检测装置及方法。

背景技术：

在伺服电机控制领域，编码器是在电机上用于输出电机选装状态的一种装置，一般的，电机的编码器会输出多路信号给伺服控制器，伺服控制器根据接收到的信号对电机运行状态做出判断并对电机加以控制。因此，编码器输出的信号对于控制器来说至关重要，当编码器输出信号出现故障时，比如编码器损坏、编码器线路短路或开路等，对于控制器来说是一个非常严重的故障，一旦发生这种故障，控制器必须立刻获取该故障发生并启动故障保护程序。

因此，编码器故障检测是伺服控制器、电动车电机控制等领域内的一个重要电路。目前，在编码器信号故障检测领域，有算法判断和硬件检测两大类方法。相关技术中，硬件检测通常是在硬件上利用双向光耦的双向导通特性，实现检测编码器信号故障的目的，再将三个双向光耦的输出串联起来得到最终的故障信号，这种方法比较简单，可靠性高，但是必须使用双向光耦，不利于成本的降低，因为同样的参数参数下，双向光耦要比单向光耦成本高。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种编码器信号故障检测装置及方法，以至少解决相关技术中通过双向光耦对编码器进行故障检测的装置，成本较高的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种编码器信号故障检测装置，包括：用于分别检测编码器三相输出信号的三个光耦单元，三个所述光耦单元相互串联，三个所述光耦单元的输出端输出编码器故障输出信号；所述光耦单元包括单向光耦，二极管阵列和限流电阻，所述单向光耦与所述二极管阵列的输出端相连，所述单向光耦的输入端与所述二极管阵列的输出端之间连接有限流电阻，所述二极管阵列的输入端与所述编码器的一相输出端相连。

可选的，还包括：滤波电容；所述滤波电容与三个互相串联后的所述光耦单元并联，用于滤除所述编码器故障输出信号的噪声。

可选的，还包括：上拉电阻；所述上拉电阻连接在三个互相串联后的所述光耦单元的输出端，用于为所述编码器故障输出信号提供上拉电压。

可选的，所述二极管阵列用于将输入的编码器单相双线输出信号整流为持续的单向直流信号；所述二极管阵列包括四个二极管，第一二极管的输出端与第二二极管的输入端相连，第二二极管的输出端与第三二极管的输出端相连，第三二极管的输入端与第四二极管的输出端相连，第第四二极管的输入端与一二极管的输入端相连。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种编码器信号故障检测方法，包括：将编码器的三相输出信号分别接入三个光耦单元；通过所述光耦单元的二极管阵列将所述编码器的单相输出信号整流为方向恒定的直流电，并将所述直流电接入所述光耦单元的单向光耦，其中，所述直流电的方向为所述单向光耦的导通方向；通过所述单向光耦是否导通确定用于标识所述编码器的输出信号是否故障的输出信号。

可选的，通过所述单向光耦是否导通确定用于标识所述编码器的输出信号是否故障的输出信号包括：将三个所述光耦单元串联，输出所述输出信号，其中，在三个光耦均导通的情况下，确定所述输出信号为低电平，在任意一个光耦单元输不导通的情况下，确定所述输出信号为高电平。

可选的，还包括：将所述输出信号与上拉电阻接通，在输出信号为高电平的情况下，上拉所述高电平的幅值。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种编码器信号故障检测装置，包括：接入模块，用于将编码器的三相输出信号分别接入三个光耦单元；整流模块，通过所述光耦单元的二极管阵列将所述编码器的单相输出信号整流为方向恒定的直流电，并将所述直流电接入所述光耦单元的单向光耦，其中，所述直流电的方向为所述单向光耦的导通方向；确定模块，用于通过所述单向光耦是否导通确定用于标识所述编码器的输出信号是否故障的输出信号。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述中任意一项所述的方法。

在本发明实施例中，采用用于分别检测编码器三相输出信号的三个光耦单元，三个光耦单元相互串联，三个光耦单元的输出端输出编码器故障输出信号；光耦单元包括单向光耦，二极管阵列和限流电阻，单向光耦与二极管阵列的输出端相连，单向光耦的输入端与二极管阵列的输出端之间连接有限流电阻，二极管阵列的输入端与编码器的一相输出端相连的方式，通过二极管阵列将编码器的输出信号转换为持续的方向固定的直流电，从可以根据单向光耦来检测编码器的输出信号是否故障，达到了通过单向光耦对编码器的输出信号进行有效检测的目的，从而实现了以较低成本的方式，对编码器的输出信号进行有效检测的技术效果，进而解决了相关技术中通过双向光耦对编码器进行故障检测的装置，成本较高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种编码器信号故障检测装置的示意图；

图2是根据本发明实施方式的检测电路的示意图；

图3是根据本发明实施方式的编码器一相输出信号的波形的示意图；

图4是根据本发明实施方式的编码器输出信号的一种输出情况的示意图；

图5是根据本发明实施方式的编码器输出信号的另一种输出情况的示意图；

图6是根据本发明实施方式的另一种检测电路的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种编码器信号故障检测方法的流程图；

图8是根据本发明实施例的另一种编码器信号故障检测装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种编码器信号故障检测装置的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种编码器信号故障检测装置的示意图，如图1所示，该装置包括：

用于分别检测编码器三相输出信号的三个光耦单元12，三个光耦单元12相互串联，三个光耦单元12的输出端输出编码器故障输出信号；光耦单元12包括单向光耦122，二极管阵列124和限流电阻126，单向光耦122与二极管阵列124的输出端相连，单向光耦122的输入端与二极管阵列124的输出端之间连接有限流电阻126，二极管阵列124的输入端与编码器的一相输出端相连。

上述装置采用用于分别检测编码器三相输出信号的三个光耦单元，三个光耦单元相互串联，三个光耦单元的输出端输出编码器故障输出信号；光耦单元包括单向光耦，二极管阵列和限流电阻，单向光耦与二极管阵列的输出端相连，单向光耦的输入端与二极管阵列的输出端之间连接有限流电阻，二极管阵列的输入端与编码器的一相输出端相连的方式，通过二极管阵列将编码器的输出信号转换为持续的方向固定的直流电，从可以根据单向光耦来检测编码器的输出信号是否故障，达到了通过单向光耦对编码器的输出信号进行有效检测的目的，从而实现了以较低成本的方式，对编码器的输出信号进行有效检测的技术效果，进而解决了相关技术中通过双向光耦对编码器进行故障检测的装置，成本较高的技术问题。

上述编辑器输出信号可以为三相六线，每一相连接到一个光耦单元，具体的可以连接在上述二极管阵列的输入端，上述二极管阵列讲编辑器输出的单相双线信号，整流为方向固定的直流电，该直流电从二极管阵列的一个输出端出输出，与单向光耦的输入端相连，上述输入端为单向光耦导通的直流电输入端，单向光耦的另一个输入端与二极管阵列的另一个输出端相连，从而保证单向光耦持续导通，使单向光耦所在电路中的目标点位保持恒定。

一旦上述编辑器的输出信号中的任意一相信号出现故障，就会导致二极管阵列整流的输出端无法持续输出直流电，在直流电终端的情况下，就会引起单相光耦阻断，从而在电路中产生断路，导致上述电路中的目标点位升高，输入高电平。从而可以根据电路中的目标位置的点位，进行检测，从而对编码器的输出信号是否故障进行检测。

可选的，还包括：滤波电容；滤波电容与三个互相串联后的光耦单元并联，用于滤除编码器故障输出信号的噪声。

上述滤波电容对上述三个光耦单元的输出信号进行滤波，使该输出信号的博兴更准确和稳定。

可选的，还包括：上拉电阻；上拉电阻连接在三个互相串联后的光耦单元的输出端，用于为编码器故障输出信号提供上拉电压。

上述上拉电阻提高输出信号的高电平，使低电平和高电平相比较更加明显，降低输出信号的出错率。

可选的，二极管阵列用于将输入的编码器单相双线输出信号整流为持续的单向直流信号；二极管阵列包括四个二极管，第一二极管的输出端与第二二极管的输入端相连，第二二极管的输出端与第三二极管的输出端相连，第三二极管的输入端与第四二极管的输出端相连，第第四二极管的输入端与第一二极管的输入端相连。

如图4和图5所示，上述第一二极管可以为二极管d11，上述第二二极管可以为二极管d12，上述第三二极管可以为二极管d13，上述第四二极管可以为二极管d14，d11和d12首尾相连，也即是d11的输出端与d12的输入端相连，d14和d13首尾相连，也即是d14的输出端与d13输入端相连。d11的输入端与d14的输入端相连d12的输出端与d13的输出端相连。其中，第一二极管d11的输入端和第二二极管d12的输出端分别为二极管阵列的两个输出端，需要说明的是，d11的输入端和d14的输入端同端，d12的输出端和d13的输出端同端。两个输出端与单向光耦的两个端口1和端口2相连。第一二极管d11的输出端和第四二极管d14的输出端分别为二极管阵列的两个输入端，需要说明的是，d11的输出端和d12的输入端同端，d14的输出端和d13的输入端同端。上述编码器的单相双线输出信号a+和a-分别输入两个输入端。

需要说明的是，本实施例还提供了一种可选的实施方式，下面对该实施方式进行说明。

本实施方式提出一种基于单向光耦的编码器信号故障检测电路，能够快速检测到编码器信号故障的发生，且该电路不需要用到双向光耦，对使用光耦没有方向的限值，降低了检测电路的成本。

本实施方式通过使用单向光耦并构造一个信号极性转换电路，实现了编码器信号故障检测的功能，该方法不依赖于双向光耦，可以采用最常见的单向光耦。

本实施方式的不同之处在于，本实施方式中所述电路中使用的光耦为单向光耦，并且在信号接入光耦前，还有一个二极管桥构成的信号极性转换阵列。

图2是根据本发明实施方式的检测电路的示意图，如图2所示，为本实施方式所示电路。在这个电路中u1、u2、u3是单向光耦，负责信号的隔离和转换；d1、d2、d3是用于信号极性转换的二极管阵列，能把双极性差分信号转换成单向信号；r2、r3、r4是限流电阻，用于限制光耦输入侧的电流大小；r1是信号上拉电阻，用于为信号提供高电平需要的上拉；c1是滤波电容，用于过滤输出信号上的噪声；信号a+、a-、b+、b-、c+、c-是编码器输出的3相六线信号，是本实施方式中需要检测的信号；信号encoder_err是编码器故障输出信号。

图3是根据本发明实施方式的编码器一相输出信号的波形的示意图，如图3所示，是典型的编码器输出信号波形。以a相输出为例，a+和a-分别有高低两种电平状态，并且在正常工作情况下，a+和a-的高低电平状态相反，即当a+为高时，a-为低，当a+为低时a-为高。所以在任何时刻两线电压的差值或为正值，或为负值(高减低为正，低减高为负)。

图4是根据本发明实施方式的编码器输出信号的一种输出情况的示意图，如图4所示，是本实施方式电路中展示的当a+为高、a-为低时信号在单向光耦的输入侧的信号导通路径，其中d11-d14是二极管阵列d1中的四个二极管。

图5是根据本发明实施方式的编码器输出信号的另一种输出情况的示意图，如图5所示，是本实施方式电路中展示的当a+为低、a-为高时信号在单向光耦的输入侧的信号导通路径，其中d11-d14是二极管阵列d1中的四个二极管。

下面详细介绍该电路如何工作：

如图3所示，正常情况下编码器输出信号a+和a-在任一时刻都是互为高低反向的信号，两者的压差或为正，或为负。在本实施方式中的电路中，由于二极管阵列d1、d2、d3的存在使得不管a+、a-何者为高何者为低，光耦的输入侧必定处于正向导通状态。解释如下：

比如在图4中所示，当a+为高a-为低时，信号经过光耦输入侧电路时，d1中的d12处于正向偏置导通、d14处于正向偏置导通，因此信号中的正电荷可以实现从a+端经d12、r2、光耦u1、d14流回a-端，光耦u1处于导通状态，此时d1中的d11和d13处于反向电压偏置而不能导通；再比如在图5中所示，当a+为低a-为高时，d1中的d13和d11处于正向偏置而导通，d12和d14处于反向偏置不导通，因此，信号中的正电荷可以实现从a-端经d13、r2、光耦u1、d11流回a+端，光耦u1仍然处于导通状态。可以看到，由于有二极管阵列d1的存在，实现了不管信号正负方向如何，光耦都能正向导通的功能。

如图2所示的电路中三个光耦u1、u2、u3的输出串联使用，并且一端接地，另一端通过电阻上拉。当光耦u1、u2、u3全部导通时，信号encoder_err相当于接地，为低电平；当光耦中任何一个不导通时，信号encoder_err与地不连接，因此变为encoder_err被电阻r1上拉，变为高电平。

在本实施方式的电路中，当编码器输出的几个信号都正常时，任一时刻不管信号极性如何，由于二极管阵列实现了信号极性转换，使得光耦u1、u2、u3都处于导通状态，因此信号encoder_err被接地，输出低电平；当有编码器信号出现故障时，对应的光耦不能导通，因此信号encoder_err与地断开，输出高电平。

其中，电阻r2、r3、r4是限流电阻，需要根据编码器信号幅度、所使用的光耦正向导通压降等参数进行计算。电阻r1位信号上拉电阻，需要根据所选用的光耦导通参数、后续信号处理单元接收能力等进行计算。电容c1为滤波电容，一般根据经验值选取。二极管阵列d1、d2、d3可以由4个独立二极管搭建，考虑到编码器信号频率比较低，幅度一般在3v以上，因此这些二极管的选用几乎不存在限制条件，使用最普通的元件即可实现电路功能。

本实施方式中滤波电容c1是可以去掉，或者加以调整的，并非强制要求部件，限流电阻r2、r3、r4可放在光耦输入侧的正极(比如图中的1脚)，也可放在负极(比如图中的2脚)，其他元件不能调整。图6是根据本发明实施方式的另一种检测电路的示意图，如图6所示，是本实施方式的另外一种接法，该接法是将滤波电容放在光耦的输入侧，其他与图2中相同。

该电路除了在编码器信号故障检测中应用外，还可以应用于任何其他信号掉线检测中，并不限定在特定的应用场合。比如该电路结构可以在调整电路参数后，用于检测rs232掉线。

图7是根据本发明实施例的一种编码器信号故障检测方法的流程图，如图7所示，根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种编码器信号故障检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤s702，将编码器的三相输出信号分别接入三个光耦单元；

步骤s704，通过光耦单元的二极管阵列将编码器的单相输出信号整流为方向恒定的直流电，并将直流电接入光耦单元的单向光耦，其中，直流电的方向为单向光耦的导通方向；

步骤s706，通过单向光耦是否导通确定用于标识编码器的输出信号是否故障的输出信号。

通过上述步骤，采用将编码器的三相输出信号分别接入三个光耦单元；通过光耦单元的二极管阵列将编码器的单相输出信号整流为方向恒定的直流电，并将直流电接入光耦单元的单向光耦，其中，直流电的方向为单向光耦的导通方向；通过单向光耦是否导通确定用于标识编码器的输出信号是否故障的输出信号的方式，通过二极管阵列将编码器的输出信号转换为持续的方向固定的直流电，从可以根据单向光耦来检测编码器的输出信号是否故障，达到了通过单向光耦对编码器的输出信号进行有效检测的目的，从而实现了以较低成本的方式，对编码器的输出信号进行有效检测的技术效果，进而解决了相关技术中通过双向光耦对编码器进行故障检测的装置，成本较高的技术问题。

可选的，通过单向光耦是否导通确定用于标识编码器的输出信号是否故障的输出信号包括：将三个光耦单元串联，输出输出信号，其中，在三个光耦均导通的情况下，确定输出信号为低电平，在任意一个光耦单元输不导通的情况下，确定输出信号为高电平。

可选的，还包括：将输出信号与上拉电阻接通，在输出信号为高电平的情况下，上拉高电平的幅值。

图8是根据本发明实施例的另一种编码器信号故障检测装置的示意图，如图8所示，根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种编码器信号故障检测装置，包括：接入模块82，整流模块84和确定模块86，下面对该装置进行详细说明。

接入模块82，用于将编码器的三相输出信号分别接入三个光耦单元；整流模块84，与上述接入模块82相连，通过光耦单元的二极管阵列将编码器的单相输出信号整流为方向恒定的直流电，并将直流电接入光耦单元的单向光耦，其中，直流电的方向为单向光耦的导通方向；确定模块86，与上述整流模块84相连，用于通过单向光耦是否导通确定用于标识编码器的输出信号是否故障的输出信号。

通过上述装置，采用接入模块82将编码器的三相输出信号分别接入三个光耦单元；整流模块84通过光耦单元的二极管阵列将编码器的单相输出信号整流为方向恒定的直流电，并将直流电接入光耦单元的单向光耦，其中，直流电的方向为单向光耦的导通方向；确定模块86通过单向光耦是否导通确定用于标识编码器的输出信号是否故障的输出信号的方式，通过二极管阵列将编码器的输出信号转换为持续的方向固定的直流电，从可以根据单向光耦来检测编码器的输出信号是否故障，达到了通过单向光耦对编码器的输出信号进行有效检测的目的，从而实现了以较低成本的方式，对编码器的输出信号进行有效检测的技术效果，进而解决了相关技术中通过双向光耦对编码器进行故障检测的装置，成本较高的技术问题。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述中任意一项的方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述中任意一项的方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。