CN102183266B - 一种伪随机编码信号的物理提取方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种伪随机编码信号的物理提取方法及系统，在基板上标记相位相反的伪随机码信息；激励源作用于所述标记有伪随机码信息的基板上；敏感接收元件接收经过所述特定材质基板上的伪随机码调制过的含有位置信息的电子模拟信号；所述电子模拟信号是相位相反、幅值相等的两路伪随机码信号；将所述两路相位相反、幅值相等的伪随机码信号送入滞回比较器的正负输入端完成伪随机码脉冲序列的生成。发明可以解决伪随机码位移传感器信号通道最前端的原始信号提取的可靠性问题及高频响问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种位移传感器原始信号提取方法及系统，尤其针对基于伪随机码编码位移传感器的信号提取方法及系统。
背景技术
目前，基于伪随机码编码方式的绝对式传感器，具有体积小、分辨率高的特点，比起传统的绝对式编码，伪随机码编码方式能够缩小码盘/栅尺面积，简化读数头结构，减小传感器尺寸的同时仍旧保证高精度高速度的要求。但是，伪随机码是非周期性编码，无法用传统的莫尔条纹原理进行放大提取，传统的方式通常又激励源、标记有伪随机码的特定材质、敏感接收元件、电压比较器组成，通过单狭缝/单磁头/单电极方式直接进行光电/磁电/容电转换，将物理码盘/栅尺上的伪随机码信息转换成电信号，在频响低、分辨率不高的情况下，可以正常工作但在高频响、高分辨情况下时，伪随机码信号提取面临干扰大、误码率高甚至完全乱码的困境，而随着自动化控制技术及数控机床技术的发展，绝对式位移传感器的高频响、高分辨率、高可靠性又是其必须具备的基本性能参数，本发明就是解决伪随机码位移传感器信号通道最前端的原始信号提取的可靠性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于位移测量传感器技术的伪随机码信号提取方法及系统，可大幅度提高伪随机码信号的响应频率及保证信号可靠性。
本发明的技术方案是：一种伪随机编码信号的物理提取方法，步骤如下：
步骤1，在基板上标记相位相反的两路伪随机码编码图案；
步骤2，激励源作用于所述标记有两路伪随机码编码图案的基板上；
步骤3，基板上标记的所述两路相位相反的伪随机码信号对激励源进行调制；
步骤4，敏感元件接收经过所述伪随机码调制过的信号，并将接收到的所述调制过的信号转换成两路反相等幅的电子模拟信号；
步骤5，将所述的两路反相等幅的伪随机码电子模拟信号分别送入滞回比较器的正负输入端进行差分比较，差分比较采用滞回比较器，生成稳定可靠的伪随机码脉冲序列。
一种伪随机编码信号的物理提取系统包括：
激励源，用于提供恒定的光通量；
标记有相位相反的两路伪随机码编码的基板，用于调制激励源；
敏感接收元件，用于接收所述经过调制的含有相位相反的两路伪随机码的位置信息，并将其转化成两路反相等幅伪随机码模拟电子信号；
滞回比较器，用于将两路所述反相等幅的伪随机码模拟电子信号转化成所述伪随机码脉冲序列。
标记相位相反的两路伪随机码编码图案的基板材质为玻璃材料。
在基板上标记相位相反的两路伪随机码编码图案的标记方式为采用光栅标记；所述采用光栅原理标记所述伪随机码标记方式为透射式。
差分比较采用滞回比较器、电压比较器或A/D采样数字比较转换的软件方式。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明是通过两路差分信号的提取方式，采用滞回比较器的方法生成伪随机码脉冲序列，能够消除信号中的共模干扰，对原始信号质量要求不高，相对于传统的单路信号提取方式，可以提高传感器响应频率，增加可靠性，并降低传感器的设计、装配、调试难度。
(2)本发明的可以在高频响情况下保证伪随机码脉冲序列的完整性。由于伪随机码为非周期性信号，不能采取莫尔条文方式进行放大提取而只能用单狭缝方式(光电式位移传感器)提取信号，但对于伪随机码信号密度较高情况下，如伪随机码单位栅线宽度≤0.01mm时，单狭缝方式提取的信号存在很大的不稳定性，当用于角位移传感器时，其转速不会超过1000转/min，而本发明可以很好的解决以上的问题，当本发明用于角位移传感器时，其转速可达到5000/min以上并保证伪随机码信号的完整性不被破坏。
(3)本发明采用伪随机码编码的方式，可以使用串行编码获得绝对位置，从而节省大量的发射接收元件和编码码道，能够在很小的体积下获得很高的绝对精度。提取的原始差分信号经过比较器或者AD，可以很容易的调整输出信号相应品质。
附图说明
图1是本发明伪随机码信号物理提取方法的流程图；
图2是本发明伪随机码信号物理提取技术系统结构图；
图3是本发明的滞回比较器原理图；a是滞回比较器的原理图，b是滞回比较器输出端的波形；
图4是本发明的光盘码示意图；
图5是本发明的整个构造图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的伪随机码信号物理提取方法，包括以下步骤：
激励源启动后，发出恒定的激励源作用于标记有伪随机码的基板上，该基板上同时标记有一道相应的周期信息(基板上标记有伪随机码编码码道和同样位数的增量码道，增量码道和伪随机码道经过模数转换后，增量码道变化边沿能够很好的满足伪随机码道信号的建立保持时间的要求，增量码道负责提供周期信息。)，两道相位相反伪随机码信息(步骤1)；基板上的所述标记信息将对恒定的所述激励源分别进行调制，产生相应的标记信号，包括所述的两路反相等幅伪随机码信号和相应(即增量码道)所述周期信号(步骤2)；敏感元件接收经过调制的所述含有伪随机码的信号及相应的周期信号，并将所述的两路反相等幅伪随机码信号及所述的周期信号(即增量码道)转化成电子模拟信号(步骤3)；将所述的两路反相等幅的伪随机码电子模拟信号分别送入滞回比较器的正负输入端进行差分比较，生成稳定可靠的伪随机码脉冲序列。
在光栅上蚀刻特定间隔的明暗条纹，保证激励源照射在该条纹下，透明条纹通过光线，暗条纹遮挡光线。当激励源发射特定波长的光线，并通过光栅盘上蚀刻的明暗条纹在接收元件(即光电池阵列)形成对应增量码道和伪随机编码码道的差分信号后，光电池产生的微弱信号经过差分放大器放大，并进一步传递到下一步滞回比较器中。经过调整滞回比较器的参数，保证尽可能的迅速的将模拟信号比较成方波信号，并兼顾抗噪声干扰的性能。
滞回比较器原理如图3所示，a是滞回比较器的原理图，b是滞回比较器输出端的波形。当电压信号Ui同过电阻R1后输入滞回比较器的反相输入端同UR经过电阻R2后的电压相比较，将在比较器输出端得到比较波性，该波性通过电阻R4和R3形成正反馈回路，调整滞回比较器的反馈电阻R3，可以获得不同的滞回区间，从而有效滤除干扰，其中双向嵌位二极管UZ将对输出进行嵌位，起到保护比较器和下一级电路的输入端匹配的效果。在b中由abce围成的矩形就是滞回区间，在信号的比较的过程中完成类似施密特触发器的功能。电压输入信号在由低电平变为高电平的过程中，高于低电平阈值UTH2时输出端并不立刻翻转，而在经过高电平阈值UH1时，比较器输出端才进行翻转。同样，电压输入信号在由低电平变为高电平的过程中，低于高电平阈值UTH1时，输出端并不立刻翻转，而在经过低电平阈值UTH2时，比较器输出端才进行翻转。这样，在滞回区间内的干扰和误动作，以及频繁的过零都可以有效的滤除。这个上升下降的阈值，由调整R3可以获得改变。
如图4所示，光盘码示意图上可以看出，有两根增量码道，且互为反相。有两根伪随机码码道，同样互为反相。以上图标记的方式，标记的基板为例。当码盘旋转时候，激励源透过基板的增量码道，形成一对差分增量信号和一对差分伪随机码信号。以上两对差分信号经过滞回比较器，获得该两路信号的方波信号。然后，由增量方波信号的边沿对伪随机码方波信号进行采样，这样就获得了伪随机码信号的数字信号，完成伪随机码信号的物理提取过程。
激励源发出激励光线，透过如光栅盘示意图中标记的基板在接收元件上经过光电变换形成微弱的电信号。电信号经过电路板上的放大器放大，并经过滞回比较器比较形成最终可以进行后续处理的方波信号，整个构造如图5所示。
为了更加直观、深入的了解本发明，本发明还提供了与上述方法相对应的伪随机码信号提取系统，如图2所示，所述伪随机码物理提取系统包括：激励源、标记有伪随机码的的基板、敏感元件、滞回比较器。
激励源，用于提供恒定的光通量；
标记有伪随机码的基板，用于调制激励源；
敏感接收元件，用于接收所述经过调制的含有伪随机码的位置信息，并将其转化成两路反相等幅伪随机码模拟电子信号；
滞回比较器，用于将两路所述反相等幅的伪随机码模拟电子信号转化成所述伪随机码脉冲序列。
本发明适用于基于光电转换原理(光栅)同样也适用于磁电转换原理(磁栅)、电场变换原理(容栅)的位移传感器中的伪随机码信号提取，为了更加清楚的了解本发明技术方案，以下举例将以基于光电转换原理的光电位移传感器作为最佳实施例。
恒光源，恒定的光激励源，提供恒定的光通量；
标记有伪随机码的光栅盘，其材质可以是玻璃、高分子材料基片、金属薄片等，用于将伪随机码信号调制到所通过的光波上，实施例子使用玻璃材料；光敏接收元件，用于接收所述调制有伪随机码信号的光信号，并将其转化成两路反相等幅伪随机码模拟电子信号；
滞回比较器，用于将两路所述反相等幅的伪随机码模拟电子信号转化成所述伪随机码脉冲序列。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种伪随机编码信号的物理提取方法，其特征步骤如下：
步骤1，在基板上标记相位相反的两路伪随机码编码图案和两路相位相反的增量编码图案；
步骤2，激励源作用于所述标记有两路伪随机码编码图案和两路相位相反的增量编码图案的基板上；
步骤3，基板上标记的所述两路相位相反的伪随机码编码图案和两路相位相反的增量编码图案对激励源进行调制；
步骤4，敏感元件接收经过所述伪随机码编码图案调制过的信号和两路相位相反的增量信号，并将接收到的所述调制过的信号转换成两路反相等幅的电子模拟信号；
步骤5，将所述的两路反相等幅的伪随机码电子模拟信号和两路增量电子模拟信号分别送入滞回比较器的正负输入端进行差分比较，差分比较采用滞回比较器，生成稳定可靠的伪随机码脉冲序列。
2.根据权利要求1所述的一种伪随机编码信号的物理提取方法，其特征在于：所述步骤1中，标记相位相反的两路伪随机码编码图案的基板材质为玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种伪随机编码信号的物理提取方法，其特征在于：所述步骤1中，在基板上标记相位相反的两路伪随机码编码图案的标记方式为采用光栅原理标记。
4.根据权利要求3所述的一种伪随机编码信号的物理提取方法，其特征是：所述采用光栅原理标记所述伪随机码编码图案的标记方式为透射式。
5.根据权利要求1所述的一种伪随机编码信号的物理提取方法，其特征在于：所述步骤5中，差分比较采用电压比较器或A/D采样数字比较转换的软件方式。
6.一种伪随机编码信号的物理提取系统，其特征在于包括：
激励源，用于提供恒定的光通量；
标记有相位相反的两路伪随机码编码的基板，用于调制激励源；
敏感接收元件，用于接收经过调制的含有相位相反的两路伪随机码的位置信息，并将其转化成两路反相等幅伪随机码模拟电子信号；
滞回比较器，用于将两路所述反相等幅的伪随机码模拟电子信号转化成伪随机码脉冲序列。
7.根据权利要求6所述的一种伪随机编码信号的物理提取系统，其特征在于：所述标记有伪随机码编码的基板材质为玻璃。
8.根据权利要求6所述的一种伪随机编码信号的物理提取系统，其特征在于：在基板上标记相位相反的两路伪随机码编码图案的标记方式为采用光栅原理标记。
9.根据权利要求8所述的一种伪随机编码信号的物理提取系统，其特征在于：采用光栅原理标记所述伪随机码图案的标记方式为透射式。
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