单周期编码器及其误差实时校正技术

摘要

光电轴角编码器是应用范围最广、测角精度仅次于激光技术的角位移传感器，广泛应用于工业、军事及航空航天技术中，高精度、小型化是其主要发展方向之一。基于莫尔条纹技术的光电编码器，在信号提取过程中，由于光的衍射作用，必然会产生大量谐波分量，同时光栅盘的偏心及主轴晃动都会对信号的精度产生严重影响，需复杂的结构设计和处理措施，对于小结构编码器，几乎是不可能的。目前，小结构编码器的研究主要集中在编码方式、引进激光技术及新方法新原理的应用等方面。本文提出一种利用偏心圆运动轨迹提取轴角位移信息的方法，一周只输出一个周期的信号，结构简单，调试方便，轴角位移信息以简谐函数形式输出，不含谐波分量，对径读数的方式很好地抑制了主轴晃动等因素的影响，为高倍细分提供了条件。
　　普通高倍细分一般最高只能到1000左右，特殊用途特殊场合，例如小角度“角度基准”测量中，可到两万细分。本系统采用基于A/D转换的幅度分割法，利用编码器信号的正交性质，用12位A/D在全周范围内实现13位即8192倍细分，接口简单、实用性强。
　　本文另一项主要工作是将相关函数应用到编码器的误差实时校正技术中。高精度编码器离不开误差校正技术，通常措施是在结构上采取复杂、特殊的设计，抑制或减少误差源的作用，精心调试、装配完毕后再根据误差曲线进行逐点或逐段补偿。本文提出的误差实时校正方法，引进载波调制技术，根据编码器信号的互相关特性，实时动态地监测出编码器的误差变化量，并对其进行校正。
　　单周期编码器结合误差实时校正技术，实现了Φ22×25的13位编码器，其体积远远小于同等位数的传统编码器，是目前接触到的最小的13位编码器，并仍有很大的压缩空间。
　　单周期编码器作为基于莫尔条纹技术的光电编码器在小结构领域的补充和完善，有着广泛的应用前景。

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第一章 引 言

1.1 测角技术的发展概况

1.2 课题的提出

小结

第二章 光栅莫尔条纹信号分析

2.１ 光栅莫尔条纹技术

2.2 影响高质量莫尔条纹信号的因素分析

小结

第三章 系统原理及方案设计

3.1 单周期编码器

3.2 电子学细分技术

3.3误差实时校正技术

小结

第四章 信号滤波

4.1 调相信号频谱分析

4.2 滤波器的选择

小结

第五章 在系统可编程（ISP）技术

5.1 概述

5.2 JTAG接口技术

5.3 ispLSI器件

小结

第六章 实验结果和误差分析

小结

第七章 结束语

致谢

参考文献

个 人 简 历

附录1：max274部分设计参数

附录2：max274部分仿真参数