专利名称：圆光栅编码器的预处理器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种圆光栅编码器的预处理器。
圆光栅编码器广范地用于机电设备的自动控制。一般是将编码器装在需监控的转动部件上，编码器上刻有多条光栅，每转过一条光栅(角度)，编码器就发出一个脉冲，这些脉冲送入电脑等控制器中，作为控制过程的原始信号。理想的圆光栅编码器所输出的标准波形应该是两条均匀的方波，Ua1与Ua2相差90°，是Sin与Cos的关系，每个方波表示通过一条光栅(参照
图1)。但在实际使用中，特别是用于天文望远镜、人卫经纬仪等需要慢速、超慢速转动，同时又需要很高精度的设备上时，大多数圆光栅编码器的输出波形会严重变形，输出错误信号而影响自动控制。经使用双线贮存逻辑示波器的观察，发现在慢转时，其输出波形如图2和图3。其原因是在正转过程中，参照图2 ，当光栅通过光源时，正好处于Ua1的边缘时，发生了抖动，相当于前进，后退，再前进；计数器原应+1，-1，再+1。实际上只转过了一条光栅，最后结果应该只加1；但由于这种抖动正好发生在Ua2的顶部平坦部位，不会使其输出波形作出相应的改变，高电平保持不变，则给出的判向电平总是作加法，结果Ua1的三次跳变，变成连加三次，成为+3，导致测角错误。同样道理，在反转时发生的抖动(参照图3)，在实际只反转一条光栅的情况下，应该只减1，由于Ua1的三次跳变，对应了Ua2始终保持的低电平，结果连减三次，成为-3。在慢转时，由于转动惯量很小，抖动是不可避免的，现有圆光栅编码器的测量输出错误，也就成为不可避免的。另外，还有第二个因素影响现有圆光栅编码器的测角精度即现有的设计，如果规定用Ua1的上升沿来触发计数，而正转时的上升沿和反转时的上升沿，并不在同一位置，它们相差180°。参照图4，当编码器正转时，Ua1的上升沿如黑箭头所指，反转时的上升沿如白箭头所指。在正转时，若突然换向，而这种换向又小于180°就返回时，就会形成少减1，其总效果是多加1；同样，在反转过程中，若突然换向而小于180°又返回，也会形成少加1，其总效果是多减1。以上问题，现有技术中的圆光栅编码器均无法解决。
为了克服现有技术的这些弊病，本实用新型提出以下发明任务；为圆光栅编码器设计一个预处理器，它应能纠正圆光栅编码器在慢转时因抖动造成的输出差错，使之能适应慢转机电设备的自控需要，同时，它还可解决圆光栅编码器因在正、反转时的触发位置不同，而影响测角精度的问题，以进一步提高圆光栅编码器的测角精度。
圆光栅编码器的预处理器，参照图5圆光栅编码器的输出端Ua1和Ua2分别接预处理器的输入端，预处理器的输出端，代替圆光栅编码器的输出端接电脑等控制器。预处理器设有正转脉冲发生器1、反转脉冲发生器2、计数脉冲输出器3和判向脉冲发生器4，其中Ua1接正转脉冲发生器，同时其反相信号Ua1接反转脉冲发生器2。正转脉冲发生器接计数脉冲输出器3，再接输出端Uc。正转脉冲发生器1同时接反转脉冲发生器2和判向电平发生器4，判向电平发生器4接输出端Ud。反转脉冲发生器2分别接正转脉冲发生器1、计数脉冲输出器3和判向电平发生器4。Ua2同时接正转脉冲发生器1和反转脉冲发生器2。这时，置O端仍可使用圆光栅编码器原有的Ua0端。以上所说的脉冲发生器均分别由一个触发器构成。
更优化的方案是参照图6；预处理器除设有正转脉冲发生器1、反转脉冲发生器2、计数脉冲输出器3和判向脉冲发生器4之外，在其三个输入端还分别设置三个长线接收器8、9、10，圆光栅编码器的三对输出端分别接长线接收器8、9、10。所说的长线接收器是一个抗干扰电路。Ua0置O端经长线接收器8后，直接接输出端Uz。Ua1接长线接收器9，再接正转脉冲发生器，同时经一个反相器5接反转脉冲发生器2。正转脉冲发生器经极性选择器6接计数脉冲输出器3，再接输出端U0。该极性选择器6同时接反转脉冲发生器2。正转脉冲发生器1同时接判向电平发生器4，再接输出端Ud。反转脉冲发生器2经一个极性选择器7分别接正转脉冲发生器1、计数脉冲输出器3和判向电平发生器4。Ua2接长线接收器10后，同时接正转脉冲发生器1和反转脉冲发生器2。以上所说的极性选择器由一个微分电路和一个消除负信号的箝位电路组成。圆光栅编码器Ua0端输出的归0信号经长线接收器8消除干扰后，由Uz输出置0。正常运转时，Ua1输出的方波上升沿触发正转脉冲发生器输出高电平，经极性选择器和计数脉冲发生器输出计数，Ua2输出的负跳变使正转脉冲发生器复位为低电平，为接收下一个方波作准备。反转时，Ua1反相后的上升沿使反转脉冲发生器触发，经极性选择器和计数脉冲输出器输出高电平，同样用Ua2输出的负跳变使反转脉冲发生器复位。同时正转脉冲发生器的正跳变作为判向脉冲发生器的置位信号，使其输出高电平(正转时)，而反转脉冲发生器的负计数信号作为判向脉冲发生器的复位信号，使其输出低电平(反转时)，作为判断正反转的依据。在慢转发生抖动时，由于Ua2的电平不能发生相应变化，无法再用Ua2作为复位信号。这时，Ua1输入的第一个方波使正转脉冲发生器1触发，其高电平经极性选择器6和计数脉冲输出器3输出计数。Ua1输入的第二个方波经反相器5使反转脉冲发生器2触发，其高电平经极性选择器7和计数脉冲输出器3输出计数，并同时使正转脉冲发生器1复位。Ua1输入的第三个方波使正转脉冲发生器1触发，其高电平经极性选择器6和计数脉冲输出器3输出计数，并同时使反转脉冲发生器2复位。
本预处理器与原有的圆光栅编码器一起使用时，改变了原有的计数方式和判向方式，由于正、反转时均由Ua1输出的方波触发计数，而判断正反转的依据，则由使用Ua2的电平改为由正转与反转发生器输出的计数脉冲共同控制的判向电平发生器的电平。所以将发生抖动时的微小反转，如实地计为-1，消除了抖动时的测角错误。由于正、反转均由Ua1的上升沿触发，其触发位置相差360°，等于同位，即使发生正转不足180°又突然转向的情况时，亦可正确计数。因此本设计纠正了圆光栅编码器在慢转时因抖动造成的输出差错，使之能适应慢转机电设备的自控需要，同时，它还解了决圆光栅编码器因在正、反转时的触发位置不同，而影响测角精度的问题，提高了圆光栅编码器的测角精度。
现结合附图与实施例作进一步说明。
图1为圆光栅编码器的理论输出曲线；图2、图3为慢转发生抖动时的实际输出曲线图4表示正转与反转时触发位置的差别；图5为本实用新型的方框图；图6为本实用新型一个实施例的方框图；图7为图6的电路图。
实施例1，参照图6、图7预处理器的正转脉冲发生器1为一个D触发器(U2；A)由74LS74芯片的A构成。反转脉冲发生器2(U2B) 同样由D触发器74LS74的B构成。计数脉冲输出器3(U5C)由一个正与门构成，采用74LS08芯片的C，判向脉冲发生器4(U4A1由74LS74的A构成。反相器5U3A)由芯片74LS04的A构成。极性选择器6是一个由C4、R10组成的微分电路和D1接地的箝位电路再接一个反相器U3；B构成，U3B采用74US04的B；极性选择器7同样由C5、R11和D2接地，再接U3；C(74LS08的C)构成。所说的长线接收器是一个抗干扰电路，其中长线接收器8由U1A(采用MC3486的A)及R1、R2、C1和R3组成；接收器9由U1B(采用MC3486的B)及R4、R5、C2和R6组成；长线接收器10由U1；C(采用MC3486的C)及R3、R6、C3和R9组成。圆光栅编码器的三对输出端Ua0、Ua1、Ua2分别接长线接收器8、9、10。Ua0置O端经长线接收器8后，直接接输出端U2。Ua1接长线接收器9，再接正转脉冲发生器U2；A的CLK脚，同时经反相器U3A接反转脉冲发生器U2A的CLK脚。正转脉冲发生器的Q脚经极性选择器6接计数脉冲输出器3，再接输出端Uc。该极性选择器6同时经一个正与(负或)门U5；A(采用74LS08的A)接反转脉冲发生器2的CD。正转脉冲发生器1的Q同时接判向电平发生器4的CLK脚，后者的Q成为输出端Ud。反转脉冲发生器2的Q脚经一个极性选择器7后，经一个正与(负或)门接正转脉冲发生器1的CD脚，该极性选择器7同时接计数脉冲输出器3和判向电平发生器4的CD脚。Ca2接长线接收器10后，同时接正与(负或)门U5B和U5A，再分别接正转脉冲发生器1的CD脚和反转脉冲发生器2的CD脚。正常运转时，Ua1输出的方波上升沿触发正转脉冲发生器输出高电平，经计数脉冲发生器输出计数，Ua2输出的方波使正转脉冲发生器复位为低电平，为接收下一个方波作准备。反转时，同样由Ua1经反相器后，使反转脉冲发生器触发，经计数脉冲输出器输出高电平，Ua2输出的方波使反转脉冲发生器复位。同时判向脉冲发生器输出高电平或低电平作为判断正、反转的依据。在慢转发生抖动时，Ua2的电平不发生相应的变化，无法用上述方式复位。这时，Ua1输入的第一个方波使正转脉冲发生器1触发，其高电平经极性选择器6和计数脉冲输出器3输出计数。Ua1输入的第二个方波经反相器5使反转脉冲发生器2触发，其高电平经极性选择器7和计数脉冲输出器3输出计数，并同时使正转脉冲发生器1复位。Ua1输入的第三个方波使正转脉冲发生器1触发，其高电平经极性选择器6和计数脉冲输出器3输出计数，并同时使反转脉冲发生器2复位。
权利要求1.一种圆光栅编码器的预处理器，圆光栅编码器的输出端Ua1和Ua2分别接预处理器的输入端，预处理器的输出端，代替圆光栅编码器的输出端接电脑等控制器，其特征是预处理器设有正转脉冲发生器、反转脉冲发生器、计数脉冲输出器和判向脉冲发生器，其中Ua1接正转脉冲发生器，同时接反转脉冲发生器。正转脉冲发生器接计数脉冲输出器，再接输出端Uc。正转脉冲发生器同时接反转脉冲发生器和判向电平发生器，判向电平发生器接输出端Ud。反转脉冲发生器分别接正转脉冲发生器、计数脉冲输出器和判向电平发生器。Ua2同时接正转脉冲发生器和反转脉冲发生器，以上所说的脉冲发生器均由触发器构成。
2.按照权利要求1所述的圆光栅编码器的预处理器，其特征是在预处理器的三个输入端还分别设置三个长线接收器，圆光栅编码器的三对输出端分别接三个长线接收器，Ua0端经长线接收器后，直接接输出端Uz，Ua1接长线接收器9，再接正转脉冲发生器，同时经一个反相器5接反转脉冲发生器，正转脉冲发生器经极性选择器接计数脉冲输出器，再接输出端Uc，该极性选择器同时接反转脉冲发生器，正转脉冲发生器同时接判向电平发生器，再接输出端Ud，反转脉冲发生器经一个极性选择器分别接正转脉冲发生器、计数脉冲输出器和判向电平发生器，Ua2接长线接收器后，同时接正转脉冲发生器和反转脉冲发生器，以上所说的长线接收器是一个抗干扰电路。
3.按照权利要求2所述的圆光栅编码器的预处理器，其特征是长线接收器由MC3486及R1、R2、C1和R3组成，Ua1经长线接收器后接正转脉冲发生器U2A的CLK脚，同时经反相器U3，A接反转脉冲发生器U2A的CLK脚，正转脉冲发生器的Q脚经极性选择器接计数脉冲输出器，再接输出端Uc，该极性选择器同时经一个正与(负或)门U5A接反转脉冲发生器的CD，正转脉冲发生器的Q同时接判向电平发生器的CLK脚，后者的Q成为输出端Ud，反转脉冲发生器的Q脚经一个极性选择器后，经一个正与(负或)门接正转脉冲发生器的CD脚，该极性选择器同时接计数脉冲输出器和判向电平发生器的CD脚，Ua2接长线接收器后，同时接两个正与(负或)门，再分别接正转脉冲发生器的CD脚和反转脉冲发生器的CD脚。
专利摘要圆光栅编码器的预处理器,原编码器的Ua1接正转脉冲发生器,同时接反转脉冲发生器。正转脉冲接计数输出,再接输出端Uc。正转脉冲器同时接反转脉冲发生器和判向电平发生器,再接输出端Ud。反转脉冲发生器分别接正转脉冲发生器、计数脉冲输出器和判向电平发生器。Ua2同时接正转脉冲发生器和反转脉冲发生器。本设计消除了因慢转时抖动造成的输出差错及在正、反转时的触发位置不同,而影响测角精度的问题。
文档编号G01B11/26GK2280279SQ9624329
公开日1998年4月29日 申请日期1996年12月5日 优先权日1996年12月5日
发明者潘光荣, 徐霖 申请人:中国科学院紫金山天文台