专利名称：光电轴角编码器四倍频装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光电计量技术领域，特别是一种光电轴角编码器四倍频装置。
背景技术：
光电轴角编码器是一种可以将角度细分成脉冲输出的一种机电装置。中国实用新型专利“光电轴角编码器”(申请号:200420027546.8，授权公告日:2005.8.31)公开了一种光电轴角编码器的结构，包括主轴、主体、光栅盘、光电组件、控制电路和电缆，主轴通过轴承装在主体上，光栅盘安装在主轴上，光电组件、控制电路和电缆安装在主体上。当主轴与用户轴同步转动时，光栅盘也转动并依次通过按空间分相排列的集成光电组件，这时就会将光栅盘上透光或不透光的信号接收并转变为电信号，再经光电组件、控制电路实现机械运动物理量向电量的转换。其核心部件是光栅盘，也称码盘，是在玻璃或者塑料基质上刻蚀出透光孔，通过光电转换器件输出电脉冲信号的重要部件。由于工艺的限制，码盘上的孔隙不可能刻得过密。一般28mm码盘每转最大输出脉冲数为2500个。要想进一步提高角度分辨率，在物理层面和工艺层面存在较大困难，为此通常的做法是增大码盘的直径，然而这样做在对体积要求比较严格的场合又带来新的问题。因此，现有技术存在的问题是:如何在不增大码盘直径的情况下，提高光电轴角编码器的分辨率。
发明内容本实 用新型的目的在于提供一种光电轴角编码器四倍频装置，能够在不损失光电轴角编码器物理精度的情况下，将光电轴角编码器的分辨率提高。实现本实用新型目的的技术解决方案为:一种光电轴角编码器四倍频装置，包括二倍频电路、四倍频电路、与非电路和辨向电路；所述二倍频电路的输入端与光电轴角编码器的输出端相连，其输出端与四倍频电路相连，用于将光电轴角编码器输出的A相和B相脉冲作“或”处理，向四倍频电路输出二倍频脉冲；所述四倍频电路的输入端与二倍频电路的输出端相连，其输出端和与非电路相连，用于将二倍频电路输出的二倍频脉冲转换成正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲；所述与非电路的输入端与四倍频电路的输出端相连，其输出端与辨向电路相连，用于将四倍频电路输出的正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲作“与非”处理，向辨向电路输出四倍频脉冲；所述辩向电路的输入端与与非电路的输出端相连，其输出端与控制电路相连，用于判明四倍频脉冲的旋转的方向，从而对外输出电平信号。本实用新型与现有技术相比，其显著优点:在不改变码盘的物理结构，不损失光电轴角编码器的物理精度的前提下，能将光电轴角编码器的分辨率提高到4倍，有利于设备的小型化和高精度化。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1是本实用新型光电轴角编码器四倍频装置与光电轴角编码器的连接关系示意图。图2是本实用新型光电轴角编码器四倍频装置的电路框图。图3-6是图2中各功能电路实施例的电路图。图7是图3-6所示电路图中各点波形变化示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型光电轴角编码器四倍频装置，输入接光电轴角编码器，输出去往控制电路(图中未示出)。如图2所示，本实用新型光电轴角编码器四倍频装置，包括二倍频电路1、四倍频电路2、与非电路3和辨向电路4 ;所述二倍频电路I的输入端与光电轴角编码器5的输出端相连，其输出端与四倍频电路2相连，用于将光电轴角编码器5输出的A相和B相脉冲作“或”处理，向四倍频电路2输出二倍频脉冲；所述四倍频电路2的输入端与二倍频电路I的输出端相连，其输出端和与非电路3相连，用于将二倍频电路I输出的二倍频脉冲转换成正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲；
·[0021]所述与非电路3的输入端与四倍频电路2的输出端相连，其输出端与辨向电路4相连，用于将四倍频电路2输出的正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲作“与非”处理，向辨向电路4输出四倍频脉冲；所述辩向电路I的输入端与与非电路3的输出端相连，其输出端与控制电路相连，用于判明四倍频脉冲的旋转的方向，从而对外输出电平信号。如图3-6所示为光电轴角编码器四倍频装置各功能电路的电路图。其中，二倍频电路I选用7486或门，四倍频电路2为⑶4538，与非电路3为7400，也可为4011，辨向电路4 为 74H74。图7是图3-6所示电路图中各点波形变化示意图。本实用新型的工作原理是这样的:因为光电轴角编码器输出三路脉冲:A相，B相，Z相，其中Z相是定初始位的。A相和B相是相差90度的两组脉冲，可以根据相位判断出运动方向；现在二倍频电路I用A相和B相脉冲相“与”取得二倍频脉冲。四倍频电路2用一个单稳态触发器检测倍频脉冲的前沿，用另一个单稳态触发器检测倍频脉冲的后沿。二者在逻辑“或”后即可得到四倍频脉冲串。为保证电路工作稳定可靠，二个单稳电路使用了集成化单稳CD4538。四倍频后的脉冲没有了方向性，还需要辨向电路，判明旋转的方向。采用带预置端和清除端的74H74双D型正沿触发器来判明旋转方向。下面结合图3-7详细说明。在图3中，7486或门的作用是将AB脉冲相“或”，输出二倍频的脉冲。A1，B1，是一个光电轴角编码器的A相B相。A2，B2是另一个光电轴角编码器的AB相。AXORBl和AX0RB2分别是倍频后的输出。本装置可以同时对两个光电轴角编码器进行四倍频。在图4中，倍频后的输出AXORBl或AX0RB2输入作为四倍频电路2的⑶4538，CD4538是一个集成单稳电路，检测倍频后的脉冲的前后沿。前沿正向输出QA1，QB1，后沿反相输出，得到正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲。正向输出与反相输出经与非门3相“与非”,即得四倍频输出的脉冲。 在图5中，与非门3可以采用4011，也可以采用7400。本实用新型采用的是74H00。QAl和QBl的反相输出作为7400的输入，其输出Q40UT1就是四倍频后的脉冲。在图6中，74H74是一个双D型正沿触发器，AB相分别输入D端和CLK端，输出就是方向指示，当正转时A超前于B，输出正电平，反之输出负电平。辨向电路的工作原理是:用AB相脉冲一个作为信号(A)，另一个作为时钟⑶，用时钟前沿来检测信号，如果检测到高电平，就认为A超前于B，正转。反之A滞后于B，反转。Z相是码盘输出的一个归零和定位用的脉冲，不做处理，直接作为归零和定位输出。在传统的光电轴角编码器中，是靠ABZ三相输出的脉冲来计算角度的。比如，一周输出2500个脉冲的光电轴角编码器，每一个A相或B相的脉冲代表360/2500=0.144度。这是现有工艺水平的加工极限。在本方案中，我们利用了 AB脉冲的前沿和后沿来进行计数，就可以将分辨率提高4倍。也就是原来一个AB脉冲计一个数，经过本实用新型的处理，可以计四个数，分辨率提高了四倍。如果保持 原有的精度，则可将码盘的直径缩小，以利于整个设备的小型化。
权利要求1.一种光电轴角编码器四倍频装置，其特征在于:包括二倍频电路(I)、四倍频电路(2)、与非电路(3)和辨向电路(4)； 所述二倍频电路(I)的输入端与光电轴角编码器(5)的输出端相连，其输出端与四倍频电路(2)相连，用于将光电轴角编码器(5)输出的A相和B相脉冲作“或”处理，向四倍频电路(2)输出二倍频脉冲； 所述四倍频电路(2)的输入端与二倍频电路(I)的输出端相连，其输出端和与非电路(3)相连，用于将二倍频电路(I)输出的二倍频脉冲转换成正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲； 所述与非电路(3)的输入端与四倍频电路(2)的输出端相连，其输出端与辨向电路(4)相连，用于将四倍频电路(2 )输出的正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲作“与非”处理，向辨向电路(4 )输出四倍频脉冲； 所述辩向电路(I)的输入端与与非电路(3)的输出端相连，其输出端与控制电路相连，用于判明四倍频脉冲的旋转的方向，从而对外输出电平信号。
2.根据权利要求1所述的光电轴角编码器四倍频装置，其特征在于:所述二倍频电路(1)为7486或门。
3.根据权利要求1所述的光电轴角编码器四倍频装置，其特征在于:所述四倍频电路(2)为CD4538。
4.根据权利要求1所述的光电轴角编码器四倍频装置，其特征在于:所述与非电路(3)为 4011 或 7400。
5.根据权利要求1所述的光电轴角编码器四倍频装置，其特征在于:所述辨向电路(4)为 74H74。
专利摘要本实用新型公开一种光电轴角编码器四倍频装置，能够在不损失光电轴角编码器物理精度的情况下，将光电轴角编码器的分辨率大幅提高。其包括二倍频电路、四倍频电路、与非电路和辨向电路；二倍频电路用于将光电轴角编码器输出的A相和B相脉冲作“或”处理，向四倍频电路输出二倍频脉冲；四倍频电路用于将二倍频电路输出的二倍频脉冲转换成正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲；与非电路用于将四倍频电路输出的正向二倍频脉冲和反向二倍频脉冲作“与非”处理，向辨向电路输出四倍频脉冲；辩向电路用于判明四倍频脉冲的旋转的方向，从而对外输出电平信号。
文档编号G01D5/347GK203132566SQ201320126680
公开日2013年8月14日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者钟宜兴, 罗伟, 管怀建, 周海峰, 刘志军 申请人:中国人民解放军南京炮兵学院