小型光电编码器的高分辨率细分技术

1、小型光电编码器的高分辨小型光电编码器的高分辨率细分技术率细分技术概述小型光电编码器的组成及原理小型光电编码器细分误差分析高分辨力的电子学细分方法2022-3-142022-3-141.1.概述概述定义：定义：光电编码器是一种集光、机、电为一体的精密角度测量装置，又被称为光电角位置传感器。原理：原理：光电编码器以光栅莫尔条纹技术为基础，以高精度计量圆光栅为角位移检测基准，通过光电转化技术将被测的空间角位置转换为数字代码。功能：功能：可以实现角位移、角速度、角加速度及其他物理量的精确测量。特点：特点：具有分辨率高、精度高、智能化以及使用可靠、无接触测量、易于维护。应用领域：应用领域：在国防、航空航

2、天中广泛用于精密测量和实时控制。工业发展趋势：发展趋势：小型化、智能化、高分辨力、高精度和高频响。2022-3-142.2.小型小型光电编码器组成及原理光电编码器组成及原理1.1.组成结构组成结构小型光电编码器由数据采集和处理数据采集和处理两部分组成，如图1所示，数据采集装置包括：光学照明系统、矩阵式码盘、狭缝、光敏元件、轴系及固定结构。数据处理装置包括：放大电路、比较电路、单片机处理系统、RS422通讯接口电路及LED显示电路。 图1 小型光电编码器结构2022-3-142.2.小型小型光电编码器组成及原理光电编码器组成及原理2.2.原理及工作过程原理及工作过程 原理：原理：小型光电编码器设

3、有一个粗码读数头和两个精码读头。粗码读数头读取码盘内圈的矩阵码信息，获取粗码号。两个精码读数头被对径安装在最外圈精码码道位置上，读取精码信号，两路精码数字量对径相加后，可以减少轴系晃动及码盘安装偏心的影响。 工作过程：工作过程：矩阵码盘随轴系旋转光电接收器件放大器和比较器单片机（粗码译码、精码细分、精粗校正）光源显示通信接口2022-3-143.3.小型小型光电光电编码器细分误差分析编码器细分误差分析高分辨力编码器细分误差可以分为信号直流分量误差、幅值误差、相位误差、谐波分量误差、噪声误差和量化误差等。码盘精码光电信号的提取一般采用莫尔条纹技术获得两路正交信号，波 形 为 准 正 弦 波 ，

4、两 路 精 码 信 号 的 完 整 函 数 表 达 式 为 ：其中A0和B0为直流分量，是直流分量误差的来源；Am和Bm为基波信号的幅值，是信号幅值误差的来源；两路信号的相位差是相位误差的来源； 为高次谐波分量的总和，是谐波分量误差的来源；e为电噪声，是噪声误差的来源；由于编码器角度数据由数字代码表示，因此产生量化误差。2022-3-144.4.高分辨力的电子学细分高分辨力的电子学细分方法方法1.1.细分方法及细分精度影响因素细分方法及细分精度影响因素电子学细分分为硬件细分和软件计算法细分。硬件电路细分：硬件电路细分：幅度调制型细分和相位调制型细分，二者都存在电路过于庞大复杂，难以实现较高细分

5、份数的问题。软件计算法细分：软件计算法细分：把编码器光电信号通过A/D变换，将模拟信号变成数字信号，然后送入微机或微控制器中，依靠软件程序计算的方法来实现，该方法的细分份数是由光电信号质量及A/D转换器的位数及精度来决定的。2022-3-144.4.高分辨力的电子学细分高分辨力的电子学细分方法方法2.2.高分辨力电子学细分高分辨力电子学细分小型光电编码器用圆光栅进行测量时，其角度值为：式中：P为圆光栅的栅距；N为正弦周期信号的周期数；为不足一个正弦周期的小数部分。为了进一步提高角度的分辨力，需要对进行细分。光电编码器的精码信号就是光栅副相对移动一个栅距，经过光电转换后形成的一个周期的正(余)弦

6、信号us、uc。电子学细分就是对精码信号进行细分以获得更高的分辨力及精度。2022-3-144.4.高分辨力的电子学细分高分辨力的电子学细分方法方法3.3.高分辨力电子学细分高分辨力电子学细分首先，将两路精码信号us、uc送入A/D转换器的模拟输入端进行模数转换采集，然后，利用存储在单片机中的修正系数1/a和b/a对这两路精码信号进行修正，得到两路正交的正余弦精码信号，分别为：2022-3-144.4.高分辨力的电子学细分高分辨力的电子学细分方法方法3.3.高分辨力电子学细分高分辨力电子学细分由公式(7)可知细分角度值与合成函数值tan一一对应，在确定细分角度的同时，又可以减小振幅波动对光电信号质量的影响。令N代表总细分数，Tn代表某一相角所对应的细分值，即得到优化的细分公式(9)，公式中增加了对模数转换误差的修正。2022-3-144.4.高分辨力的电子学细分高分辨力的电子学细分方法方法3.3.高分辨力电子学细分高分辨力电子学细分2022-3-145.5.小结小结小型光电编码