光电编码器信号处理技术的研究进展.pdf

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1、光电编码器信号处理技术的研究进展刘杨。等ResearchingDevelopmentofPhotoelectricEncoderSignalProcessingTechnology纠扬1吕侄栏2谭主国1陈并林1宋审民1(哈尔滨工业大学航天学院’，黑龙江哈尔滨150001；中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2，吉林长春130033)摘要：光电编码器是以莫尔条纹计数为基础的高精度数字化测角设备，在航空航天领域得到越来越多的应用。为提高光电编码器在恶劣环境下的性能，分别介绍了光电编码器信号处理的原理、关键技术、典型应用以及新的动向

2、；同时，对具有代表性的处理技术进行了分析与比较，揭示了其处理方式向数字化、智能化发展的趋势；最后针对国内外关键技术的现状，扼要阐述了其未来的发展方向。关键词：光电编码器信号处理自适应数字化智能化中图分类号：TP212．14文献标志码：AAbstract：ThephotoelectricencoderisthehighlyprecisedigitalanglemeasurementdevicethatisbasedoncountingtheMoirefringes-ithasbeenwidelyusedinaviationanda

3、erospaceareas．Inordertoenhancetlleperformanceofthephotoelectricencoderinhashenvironment。theprincipleofsignalprocessing，criticaltechnologies-andtypicalapplicationa8well船thelatestdevelopmentoftheeneoderareintroducedre—spectively．Inaddition-therepresentativeprocessingte

4、chnologiesareanalyzedandcompared，thisrevealsthatdigitizingandintelligentareitsdevelopingtrends．Inaccordancewiththecuffelltglobalstatusofcriticaltechnologies，itsdevelopingdirectionsinfuturearedescribedbriefly．Keywords：PhotoelectriceneoderSignalprocessingAdaptiveDigiti

5、zingIntelligent0引言高精度光电编码器是一种集光、机、电于一体的数字测角装置H。2J，是当代自动化领域最基础、应用最广泛的检测元件之一。自21世纪以来，随着航空航天技术的飞速发展，对光电编码器的精度、分辨力、智能性和环境适应性提出了更高的要求一·，但受国内材料学和加工技术等的限制，光机实现方法事倍功半，效果不佳。而光电编码器信号处理系统具有软硬件结合的特点，方式灵活多变，为上述性能的实现提供了很好的平台，前景广阔。l原理概述高精度绝对式光电编码器输出信号通常包括粗码、中精码和精码三部分，对应的输出信号分别为梯形波、

6、三角波和正弦波。虽然不同的编码方式会导致码盘上的刻划以及输出信号的时序存在本质上的区别，但信号形式却基本一致。以长春光机所研制的23位绝对式光电轴角编码器为例HJ，典型的信号处理系统原理框图如图1所示。国家自然科学基金责助项目(蝙号：60710002)。修改稿收到B期：2010—07—07。第一作者刘扬，男，1982年生，现为哈尔滨工业大学控制科学与工程系在读博士研究生；主要从事信号处理和故障诊断方面的研究。固叶爿叫璺竺H竺查竺兰H塑竺H兰垩兰娑竺h．{蓦壤噩毵甚确{固髫咂受区剖：：：怄引笙悃116PROCESSAUTOMATI

7、ONINSTRUMENTATIONVoL32No．3March2011光电编码器信号处理技术的研究进展刘杨。等270。’《-)矩阵式码道(b)读数头位置图2码道刻划示意图Fig．2Schematicofcarvingofcodingtracks与之相应的格雷码如式(1)所示，其中，A。一A。为8位格雷码(A，为最高位)。c1五I面2+C2云I口2+C3口1口2+C4口l五2C2五1石2+c3石l口2+c4口1口2+cl口1五2c3面1瓦2+c4五l口2+c1口1口2+c2口I五2C4一(I,1五2+cI五l口2+c2口l口2+C

8、3口l五2bl五l+b2aIb2瓦1+bl口l面ln2+nl五2口，根据如式(2)所示的格雷码与自然二进制码转换关系【6]，便可以得到自然二进制位置信息。五+。=A⋯o五X．=A，(2)由于粗码原始信号较弱，且不是严格的方波信号，因此，需通过预处理电路将粗码原始