CN101540611B - 用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Monte Carlo抽样的用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法。本发明方法是在给定编码序列长度n和要求的高电平信号强度V_h情况下，采用MonteCarlo抽样方法生成一系列随机编码序列L_n，计算每一编码序列的所有低电平的信号强度V_l ⁱ，并记录低电平信号强度的最大值V_l ^max，比较所有编码序列低电平信号强度最大值V_l ^max，筛选出其中的最小值所对应的编码序列，此编码序列的高低电平信号强度差为所有序列的最大值。此编码序列就是在用户给定条件下，用于记录光电编码盘转动匝数的适合的最佳编码序列。本发明提供的筛选方法能够大幅度的减小筛选计算量，并提供优质编码序列。

Description

用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法

【技术领域】：

本发明属于光电测试技术领域，特别涉及光电编码器中的编码盘，是一种基于MonteCarlo抽样方法的光电编码器中码盘转动匝数记录编码的快速确定方法。

【背景技术】：

光电编码器是一种广泛应用于国防工业和民用工业的光电传感器，其核心元件之一是编码盘。编码盘由码盘和夹缝盘匹配构成，二者均连接在编码器的主轴上，其中码盘随主轴转动，夹缝盘相对不转动。为了记录光电编码器工作过程中码盘相对于夹缝盘的转动匝数，需要在码盘和夹缝盘的相同码道上刻出相同的一系列通光和不通光的区域，这些区域的排列方式称为序列编码。当码盘转动一周时总有一个位置光电管接受到的通过码盘和夹缝盘的通光信号最强，即高电平信号，其他位置光电管接受的通光信号均较弱，称为低电平信号。为此，需要优质的序列编码以保证高低电平信号强度有足够的差异，从而满足光电管分辨率的要求。

随着传感器技术的发展，光电编码器小型化高转速的趋势愈发明显，码盘的径向尺寸和盘中通光区域尺寸也相应的大幅缩小。为了保证光电管接受的通光和不通光信号有足够的差异，必须提高码盘中用于记录转动匝数的编码序列的长度，并且需要筛选出高低电平信号差异最大的编码。

目前的编码序列确定方法为全局性搜索算法，即在给定编码序列长度n和要求的高电平信号强度V_h情况下，搜索所有可能的0，1(0表示不通光，1表示通光)编码序列，当编码序列长度n＞100时，对所有序列做电平信号强度计算，其运算量将超出普通计算机的运算能力。

【发明内容】：

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法。

本发明提供的用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法，包括：

第一、给定编码序列长度n和要求的高电平信号强度V_h，即编码序列中1的个数；

第二、采用Monte Carlo抽样方法生成编码序列长度为n，编码序列中1的个数为V_h的随机排布序列Lⁿ；(至少抽样10万个序列以上)

第三、对抽样得到的编码序列做电平信号强度计算，计算每一个编码序列的高电平信号强度和所有低电平信号强度V_l ⁱ，并记录所有低电平信号强度中的最大值V_l ^max；

第四、比较第三步得到的所有编码序列的低电平信号强度最大值V_l ^max，筛选出低电平信号强度最大值中的最小值所对应的编码序列，此编码序列的高低电平信号强度差为所有序列的最大值，此编码序列就是在用户给定编码序列长度和高电平信号强度条件下，用于记录光电编码盘转动匝数的适合的最佳编码序列。

第三步所述的编码序列的高低电平信号强度由以下算法计算：若编码序列Lⁿ＝{a_k|k＝1，2，…n}，其中a_k＝0或1，且编码中1的个数为m，则电平信号 $V^i=\underset{k=i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{\mathrm{\δ}}_{a_{k-i+1}}^1,$ 其中 ${\mathrm{\δ}}_x^y=\left\{\begin{array}{cc}1& x\≠y\\ 0& x=y\end{array}\right.$ 为Kronecker函数；因此，高电平信号V_h＝V¹，低电平信号的最大值(称次电平信号)为 $V_l^{\max }=\max \left\{V^i\right|i=2,\·\·\·n\}.$

上述编码序列为由0，1构成的序列，在计算筛选过程中采用稀疏矩阵存储，即存储0，1序列时数组中的元素为编码中1的位置，数组的大小为编码中1的个数。

本发明的优点和积极效果：

本发明提出了一种基于Monte Carlo抽样的编码序列高速筛选方法，该方法能够大幅度的减小筛选计算量，可以为用于记录转动匝数的编码盘提供任意长度的优质的编码序列。

【附图说明】：

图1是实施例中搜索获得的编码序列的电平信号强度曲线，图1(a)为编码序列长度n＝10和对应的高电平信号强度V_h＝5的曲线，图1(b)为n＝50和V_h＝25的曲线，图1(c)为n＝100和V_h＝50的曲线，图1(d)为n＝200和V_h＝100的曲线。

【具体实施方式】：

实施例1：

由用户输入编码序列长度n＝10，和对应的高电平信号强度V_h＝5。

按照Monte Carlo抽样方法生成随机编码序列10万个，逐个计算电平信号强度，并求取每一序列的低电平信号的最大值(次电平信号)。

若编码序列Lⁿ＝{a_k|k＝1，2，…n}，其中a_k＝0或1，且编码中1的个数为m，则电平信号 $V^i=\underset{k=i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{\mathrm{\δ}}_{a_{k-i+1}}^1,$ 其中 ${\mathrm{\δ}}_x^y=\left\{\begin{array}{cc}1& x\≠y\\ 0& x=y\end{array}\right.$ 为Kronecker函数；因此，高电平信号V_h＝V¹，低电平信号的最大值(称次电平信号)为 $V_l^{\max }=\max \left\{V^i\right|i=2,\·\·\·n\}.$ 依照上述公式将计算过程举例列于表1，因篇幅所限仅列出10个随机序列。

表1随机编码序列的生成与电平信号强度计算

搜索这些次电平信号中的最小数值对应的编码序列，该编码序列就是在用户给定编码序列长度n＝10和高电平信号强度V_h＝5条件下，用于记录光电编码盘转动匝数的适合的最佳编码序列，见表2。

实施例2：

由用户输入编码序列长度n＝50和对应的高电平信号强度V_h＝25。

筛选过程同实施例1，筛选结果见表2。

实施例3：

由用户输入编码序列长度n＝100和对应的高电平信号强度V_h＝50。

筛选过程同实施例1，筛选结果见表2。

实施例4：

由用户输入编码序列长度n＝200和对应的高电平信号强度V_h＝100。

筛选过程同实施例1，筛选结果见表2。

以上实施例中符合条件的编码序列和计算结果见表，码盘转动过程中与夹缝盘交叠产生的电平信号强度见附图1。

表2给定编码序列长度和高电平信号强度下编码序列搜索结果

序列长度	编码序列	高电平信号强度	低电平信号强度
				10	1101010001	5	2

50	11101010000010010011110110011100110001011000101101	25	11
				100	1011000111100010010010100110000101110000111010101000110010110101000011110110011001101011000111111010	50	23
200	11110001111100001011011010011000100000110110000101010110000101111011010001101100010111011001111001101101010100000110100011101111010101001110001000110110001000010101111011000011110010110010000110011011	100	48

Claims (3)

1.一种用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法，其特征在于该方法包括：

第一、给定编码序列长度n和要求的高电平信号强度V_h，高电平信号强度V_h即为编码序列中1的个数；

第二、采用Monte Carlo抽样方法生成编码序列长度为n，编码序列中1的个数为V_h的随机排布序列L_n；

第三、对抽样得到的编码序列做电平信号强度计算，计算每一个编码序列的高电平信号强度和所有低电平信号强度V_l ⁱ，并记录所有低电平信号强度中的最大值V_l ^max；

第四、比较第三步得到的所有编码序列的低电平信号强度最大值V_l ^max，筛选出低电平信号强度最大值中的最小值所对应的编码序列，此编码序列的高低电平信号强度差为所有序列的最大值，此编码序列就是用于记录光电编码盘转动匝数的最佳编码序列。

2.根据权利要求1所述的用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法，其特征在于第三步所述的编码序列的高低电平信号强度由以下算法计算：若编码序列Lⁿ＝{a_k|k＝1，2，…n}，其中a_k＝0或1，且编码中1的个数为m，则电平信号

其中为Kronecker函数；因此，高电平信号V_h＝V¹，低电平信号的最大值为

3.根据权利要求1或2所述的用于记录光电编码盘转动匝数的编码序列的快速确定方法，其特征在于编码序列为由0，1构成的序列，在计算筛选过程中采用稀疏矩阵存储，即存储0，1序列时数组中的元素为编码中1的位置，数组的大小为编码中1的个数。

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