增量編碼器誤碼脈沖產(chǎn)生的原因及濾波方法。
Hengstler增量式光電編碼器是一種集光學(xué)、機(jī)械和電子于一體的角度、速度和位移傳感器。它具有精度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定可靠等顯著優(yōu)點(diǎn)。它可以將位移等物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號,并通過計(jì)算脈沖數(shù)量來實(shí)現(xiàn)精確的位移門。然而,當(dāng)
亨士樂編碼器旋轉(zhuǎn)緩慢時(shí),輸出信號包含大量抖動(dòng)誤碼脈沖,這些脈沖會(huì)導(dǎo)致不正確的計(jì)數(shù),并導(dǎo)致不準(zhǔn)確的測量結(jié)果。因此,在計(jì)算脈沖數(shù)量之前,有必要濾除輸出信號中存在的抖動(dòng)誤碼脈沖。
編碼器的工作原理
編碼器的內(nèi)部光源產(chǎn)生平行光,通過編碼器碼盤上的窄槽照射到光電管上,將光信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號,即編碼器的輸出信號。在編碼器盤上有兩個(gè)相位差為90°的窄槽A和B,對應(yīng)于A相位信號和B相位信號的輸出信號。在這項(xiàng)工作中,A相和B相信號的狀態(tài)只能以四種形式組合,并且不能同時(shí)跳躍。在測量過程中,可以使用外部可逆計(jì)數(shù)器來計(jì)算脈沖數(shù)(A相或B相),但亨士樂編碼器本身無法“記住”其工作狀態(tài)。需要相位微分部分來確定編碼器的旋轉(zhuǎn)方向并確定計(jì)算機(jī)的加法和減法算法。
編碼器產(chǎn)生誤碼的原因
為了說明誤碼脈沖的存在,編碼器盤被局部放大,如圖1所示。圖中的點(diǎn)是編碼器旋轉(zhuǎn)軸的中心,圓角矩形表示碼盤A列和B列中的透光間隙。假設(shè)編碼器光源位于圖1所示光源的正上方,光電管相應(yīng)地位于碼盤的另一側(cè)。此時(shí),編碼器的A相位信號處于高電平狀態(tài),而B相位信號處于高低電平跳躍的過渡狀態(tài)。不同旋轉(zhuǎn)過程中A和B之間的相位關(guān)系如圖2所示。由于旋轉(zhuǎn)編碼器中沒有鎖定裝置,其旋轉(zhuǎn)軸容易受到外力(如風(fēng)力)和機(jī)械振動(dòng)(即抖動(dòng))的小振動(dòng)的影響。在光束槽邊緣(B列)的作用下,光電管接收到的光信號(B相)將是
Hengstler編碼器旋轉(zhuǎn)軸具有一定抖動(dòng)狀態(tài)的替代假設(shè),其輸出信號的波形如圖3所示。
由此可見,碼盤的窄邊是編碼器輸出信號中抖動(dòng)誤差碼脈沖的主要原因,這是由亨士樂增量編碼器的物理結(jié)構(gòu)引起的,無法避免。因此,我們只能識別和消除輸出信號中的抖動(dòng)誤差碼脈沖,提取真正有效的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù),避免測量結(jié)果中的誤差。
編碼器脈沖的濾波抖動(dòng)誤碼脈沖
集成芯片濾波
從前面的分析可以看出,對于確定的碼盤,脈沖周期對應(yīng)于固定的碼盤角位移σ。所以它的量化誤差是0/2。如果A或B信號可以被四倍,則計(jì)數(shù)脈沖的周期被減少到T/4。量化誤差降低到0/8,使Hengstler光電編碼器的角位移測量精度提高了四倍以上。在實(shí)際電路中,可以使用專用芯片將兩個(gè)正交方波四倍,并生成兩個(gè)加法和減法計(jì)數(shù)信號??梢园l(fā)送雙時(shí)鐘頻率的可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行加減計(jì)數(shù),也可以直接發(fā)送到微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,以達(dá)到集成效果。
多級D觸發(fā)器濾波
多級D觸發(fā)器濾波過程利用電路對信號的延遲和門電路的邏輯運(yùn)算能力來消除由振動(dòng)引起的高頻方波干擾脈沖,防止錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。如圖5所示,該干擾信號到達(dá)計(jì)數(shù)器的必要條件是Q、2。
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