CN1056163A - 多功能轴角编码器 - Google Patents

Abstract

一种多功能轴角编码器，它包括双通道测角元 件、绝对值产生器和数字显示器等。其主要特征是用 单片机***取代数据处理器。该轴角编码器智能化 程度高，便于进行任意位置的调零、误差修正等，测量 精度高，可靠性好，无零位漂移。具有测角和测速功 能，且体积小，功能价格比高，使用方便。可作为计算 机控制***中的角度一数字变换装置及独立的测角 显示装置，广泛用于火控***、数控机床、高精度分度 头及天文测量等领域，具有一机多能的特色。

Description

本发明涉及一种多功能轴角编码器，特别是一种按幅值编码的多功能轴角编码器。

现有的按幅值编码的轴角编码器，主要由双通道测角元件、相敏解调器、绝对值产生器、信号比较分选器、A/D转换器、数据处理器、数字显示器、输出接口和操作面板组成。轴角经双通道测角元件变换成相应的电压信号，相敏解调器将其整流为具有相应极性的直流信号，取绝对值并经信号比较分选后送到A/D变换器产生相应的数字量，经数据处理器处理后即得到所需的轴角编码值。它虽具有转换速度高、静态精度高等优点，但还存在以下问题：（一）具有较大的动态误差，且有温度漂移，从而导致零位漂移。（二）功能单一，结构复杂，可靠性不高，且体积大，成本高。

本发明的目的是要提供一种多功能轴角编码器，它能有效地克服现有技术存在的问题，可靠性好，智能化程度高，不但能实现高精度测角，而且兼有测速度的功能。

本发明是这样实现的：它由双通道测角元件、绝对值产生器、信号比较分选器、数字显示器、输出接口和操作面板等组成，其特征是在信号比较分选器与数字显示器和输出接口之间设置有一个单片机***;在双通道测角元件与单片机***之间设置由比较器、异或门和鉴零器组成的符号鉴别器;在绝对值产生器与信号比较分选器之间设置由采样保持器和多极单稳延时器组成的采样器;所述信号比较分选器为峰值比较器。双通道测角元件的输出信号送入符号鉴别器和绝对值产生器;符号鉴别器求得信号极性后，将符号送到单片机***;信号的绝对值由绝对值产生器求得并送到采样器;采样器对信号采样，采样值由采用峰值比较器的信号比较分选器处理后送到单片机***;单片机***将轴角编码值分别送到数字显示器和输出接口。现有技术存在的可靠性不高，功能单一，主要原因是使用元器件太多，若要使轴角编码器增加一些实用的功能，如在任意位置调零、修正误差、角度制互换等，所用电子线路的复杂性会大大增加，随之成本大大提高，可靠性进一步下降。为解决上述问题，并进一步开发轴角编码器的功能，使用单片机***是十分合适的。因为单片机***只要用一片单片机加上必要的几个***芯片即可构成，它的集成度高，可靠性好，功能强，价格低。一个单片机***只需人民币几十元，而一台单板机至少要400～500元。因此，本发明采用单片机***作为轴角编码器的数据处理器和A/D转换器，并配以适量软件，便使轴角编码器的功能和可靠性大大提高，成本大大下降。此外，现有技术中采用相敏解调器求取信号的幅值和极性，造成信号的动态滞后和温度漂移，这是产生轴角编码器动态特性差和零位漂移的主要原因。为解决这个问题，本发明采用符号鉴别器求取信号的极性，以保证无动态滞后和温度漂移，并在绝对值产生器后加入一采样器，根据要求在信号的每个周期内可采样1～4点，相应于轴角编码器转换频率（激磁频率为400Hz时）为400～1600次/秒。

本发明的具体结构，由以下实施例及其附图给出。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构总装配图。

以下结合附图对本发明的具体结构和工作过程作进一步描述。

按图1、图2所示，它由双通道测角元件1、符号鉴别器2、绝对值产生器3、采样器4、信号比较分选器5、单片机***6、数字显示器7、输出接口8、操作面板9、激磁电源10和直流稳压电源11组成。双通道测角元件1（110XFS007）的功能是将机械轴角θ转换为相应的电压信号，它的转子上安放激磁绕组，其轴线与基准轴线的夹角为θ;定子上安放两组相互垂直的绕组，其输出电压分别为U₁、U₂（称为粗通道），U₃、U₄（称为精通道），且U₁＝Umsinθsinωt，U₂＝Umcosθsinωt，U₃＝Umsin32θsinωt，U₄＝Umcos32θsinωt，ω为测角元件的激磁电压频率。所需的激磁电源10由400Hz交流电压源组件IC₇和功放集成块IC₈组成，输出安装了保险丝RX₂。整个装置所需的直流稳压电源11由变压器B、开关K、保险丝RX₁、整流二极管D₁₁～D₆₄、滤波电容C₁₁～C₆₂、稳压块IC₁～IC₆组成，共有六路输出，记为±E₁、±E₂、+E₃₁、+E₃₂。

双通道测角元件的输出分粗、精两个通道分别送到相应的转换电路，粗、精两通道转换电路相同。下面以粗通道为例如以说明：绝对值产生器3由一片运放IC₉和电阻R₁～R₇、二极管D₁、D₂组成，它将U₁、U₂整流成｜U₁｜、｜U₂｜;采样器4由采样保持放大器IC₁₀和四级单稳延时器IC₁₂、IC₁₃、若干电阻R₈～R₁₁、电容C₁～C₅以及一片或非门IC₁₁组成，其中IC₁₁、IC₁₂、IC₁₃用以产生800Hz正脉冲，控制IC₁₀在sinωt的峰值处采样;符号鉴别器2由鉴零器1/4IC₁₄（左边）、异或门IC₁₅及比较器1/4IC₁₄（右边）组成，其中电阻R₁₂、R₁₃、R₁₆、R₁₇作为限流电阻，R₁₄、R₁₅作为上拉电阻，U₁、U₂和sinωt由鉴零器得400Hz方波，前两者分别和后者异或，得sinθ、cosθ的极性，记为S、C，采样保持放大器IC₁₀的两路输出送比较器得｜cosθ｜-｜sinθ｜的极性。记为｜C｜-｜S｜、S、C、｜C｜-｜S｜三者相互异或后得粗通道的高三位，送单片机***6;采样器4的输出经信号比较分选器5分出大小后送单片机***6的IC₁₈，分选器5的控制信号由｜C｜-｜S｜及反相器1/6IC₁₇产生。精通道也按同样的方式转换，在图2中以和粗通道相同的功能块2，3，4，5简化表示。

单片机***6由IC₁₈、IC₁₉、IC₂₀、IC₂₁组成，它的任务是将粗、精两个通道的信号在θ≤45°范围内进行A/D转换（由IC₁₈完成），将其输出送单片机IC₁₉;IC₂₀用以锁存高位地址，IC₂₁存放程序及数表;IC₁₉对输入的数据进行处理，分别得到粗、精两通道各为11位二进制的角度数据，然后取粗通道高5位，精通道11位进行组合、纠错，得到360°范围内实际角度的16位二进制编码值，一路送输出接口8（由锁存器IC₂₂和25芯插座组成），另一路转换成BCD码送数字显示器7（由6个数码管组成）。操作面板9由两个按钮K₁，K₂，四个开关L₁～L₄及发光二极管D₃组成，并和单片机IC₁₉相连，便于各功能的实施。

本发明与现有技术相比，其显著特点是：①智能化程度高，可方便地进行任意位置的调零，误差修正等。②能以度和密位两种单位制显示角度和角速度，显示分辨率为0.01°或0.1密位，具有测角和测速功能，测角范围为0～359.999°或0～5999.99密位，测速速范围为0～179.999°/秒或0～2999.99密位/秒。③可方便地与计算机联接进行数据采集。若在输出接口配以微型打印机，还可以进行动态数据记录。④测量精度高，可靠性及动态性能好，转换频率高达800次/秒以上，且无零位漂移，重复误差≤0.1密位，测量均方误差≤0.2密位。⑤体积小，功能价格比高。⑥使用方便，符合机电一体化的要求。

本发明不仅可作为计算机控制***中的角度-数字变换装置，而且可用作独立的测角显示装置，可广泛应用于火控***、数控机床、高精度分度头和天文测量等技术领域，具有一机多功能的特色。

Claims (2)

1、一种多功能轴角编码器，它主要包括双通道测角元件1、绝对值产生器3、信号比较分选器5、数字显示器7、输出接口8和操作面板9等，其特征是在信号比较分选器5与数字显示器7和输出接口8之间设置有一个单片机***6，在双通道测角元件1与单片机***6之间设置由比较器、异或门和鉴零器组成的符号鉴别器2，在绝对值产生器3与信号比较分选器5之间设置由采样保持器和多级单稳延时器组成的采样器4。

2、根据权利要求1所述的轴角编码器，其特征是信号比较分选器5为峰值比较器。