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。它可以將位移等物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號，并通過計算脈沖數(shù)量來實現(xiàn)精確的位移門。然而，當(dāng)亨士樂編碼器旋轉(zhuǎn)緩慢時，輸出信號包含大量抖動誤碼脈沖，這些脈沖會導(dǎo)致不正確的計數(shù)，并導(dǎo)致不準(zhǔn)確的測量結(jié)果。因此，在計算脈沖數(shù)量之前，有必要濾除輸出信號中存在的抖動誤碼脈沖。

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，并且不能同時跳躍。在測量過程中，可以使用外部可逆計數(shù)器來計算脈沖數(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，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（即抖動）的小振動的影響。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誤差碼脈沖，提取真正有效的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，避免測量結(jié)果中的誤差。

編碼器脈沖的濾波抖動誤碼脈沖

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。在實際電路中，可以使用專用芯片將兩個正交方波四倍，并生成兩個加法和減法計數(shù)信號?？梢园l(fā)送雙時鐘頻率的可逆計數(shù)器進(jìn)行加減計數(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算能力來消除由振動引起的高頻方波干擾脈沖，防止錯誤計數(shù)。如圖5所示，該干擾信號到達(dá)計數(shù)器的必要條件是Q、2。



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