CN103983282A - 一种球栅转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球栅转换器。解决现有球栅传感器无法与PLC、数控系统、伺服系统、计算机等直接连接的问题。转换器包括有位移处理单元和转换电路，所述转换电路包括差分信号转换单元和单端信号转换单元，位移处理单元设置有QEI端口，位移处理单元通过QEI端口分别与差分信号转换单元和单端信号转换单元连接，位移处理单元通过球栅信号控制检测电路连接在球栅传感器读头上。本发明的优点是能够将球栅传感器的信号通过转换电路转换成差分信号和单端信号输出，实现了将普通球栅传感器与PLC、数控系统、私服系统等设备的连接，为进一步的位移检测、工业控制、全闭环控制等应用提供了支持。

Description

一种球栅转换器

技术领域

本发明涉及一种球栅传感器，尤其是涉及一种能连接数控系统、伺服系统的球栅转换器。

背景技术

球栅传感器时目前国际上最新一代直线位移传感器，适用于各种机床的加工测量。球栅传感器原产为英国，它是利用导磁介质量的变化实现电磁/磁电转换，其结构包括有传感器读数头和球栅数显表。目前普通的球栅传感器输出的为调相模拟信号，无法与PLC、数控系统、伺服系统、以及计算机等设备直接连接，这样就无法为进一步的位移检测、工业控制、全闭环控制等应用提供支持。

发明内容

本发明主要是解决现有球栅传感器无法与PLC、数控系统、伺服系统、计算机等直接连接，不能进一步为位移检测、工业控制、全闭环控制等应用提供支持的问题，提供了一种能连接数控系统、伺服系统的球栅转换器。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种球栅转换器包括有位移处理单元和将位移信号转换成差分或单端信号的转换电路，所述转换电路包括差分信号转换单元和单端信号转换单元，位移处理单元设置有QEI端口，位移处理单元通过QEI端口分别与差分信号转换单元和单端信号转换单元连接，位移处理单元通过球栅信号控制检测电路连接在球栅传感器读头上。本发明能够将球栅传感器的信号通过转换电路转换成差分信号和单端信号输出，实现了将普通球栅传感器与PLC、数控系统、私服系统等设备的连接，为进一步的位移检测、工业控制、全闭环控制等应用提供了支持。该位移处理单元发送信号控制传感器读头工作，同时接受传感器读头检测的信号，并通过数字鉴相、数字滤波等运算后得到相应的位移信号，位移处理单元再将位移信号转换成QEI端口对应的信号后传送给差分信号转换单元和单端信号转换单元，通过转换差分信号转换单元和单端信号转换单元分别转换成需要的差分信号和单端信号，实现了与多种设备连接的效果。

作为一种优选方案，所述差分信号转换单元包括有差分信号转换电路和差分信号输出连接端口，该差分信号转换电路包括一差分信号转换芯片，该芯片采用MC3487芯片，差分信号转换芯片包括有三个与QEI端口连接的信号输入端A、信号输入端B、信号输入端R，以及与6个差分信号输出端，分别为差分信号输出端A+、差分信号输出端A-、差分信号输出端B+、差分信号输出端B-、差分信号输出端R+、差分信号输出端R-，信号输入端A对应差分信号输出端A+、差分信号输出端A-，信号输入端B对应差分信号输出端B+、差分信号输出端B-，信号输入端R对应差分信号输出端R+、差分信号输出端R-，6各差分信号输出端都连接至信号差分信号输出连接端口上。位移处理单元通过QEI端口将位移信息传送给差分信号转换单元，差分信号转换单元将位移处理单元QEI端口的A、B、R信号转换成RS-422差分信号，A对应A+、A-，B对应B+、B-，R对应R+、R-，RS-422差分信号输出，用于连接带有差分输入功能的设备，如西门子的8400D、828等数控系统、雷赛智能的DMC2210运动控制卡。

作为一种优选方案，所述单端信号转换单元包括单端信号转换电路和单端信号输出连接端口，单端信号转换电路包括三个三极管，每个三极管的基极通过连接电阻后与位移处理单元的QEI端口连接，发射极接地，集电极通过连接保险丝后作为一个单端信号输出端，三个三极管分别连接QEI端口，并形成三个单端信号输出端，三个单端信号输出端都连接至单端信号输出连接端口。位移处理单元通过QEI端口将位移信息传送给单端信号转换单元，单端信号转换单元将位移处理单元QEI端口的A、B、R信号转换成集电极开路（OC）输出的A、B、R信号，实现宽范围的电平输出DC3-24V和驱动能力。集电极开路单端信号输出用于接无差分信号输入的设备，如台达DVP16EH00T3型的PLC等。

作为一种优选方案，所述球栅信号控制检测电路包括有正弦产生单元、激励信号驱动单元、信号处理单元，位移处理单元与正弦产生单元连接，正弦产生单元与激励信号驱动单元连接，激励信号单元连接到传感器读头输入端上，传感器读头输出端通过连接信号处理单元连接到位移处理单元上。位移处理单元产生激励信号所需的1KHz正弦信号和125KHz的clk信号，经过正弦产生单元变换成1KHz的正弦波信号，再经过激励信号驱动单元后发送给球栅传感器读头的激励端。传感器读头工作后输出一个与激励信号同频的调相信号，该信号通过信号处理单元转换为MCU能够接受的数字信号。

作为一种优选方案，位移处理单元还设有串口输出端口，在串口输出端口上连接有电平转换单元，该电平转换单元包括RS232电平转换电路和RS232信号输出连接端口，RS232电平转换电路输入端与串口输出端口连接，RS232电平转换电路输出端与RS232信号输出连接端口连接。RS-232信号输出，用于连接不带QEI接口的设备，如工控计算机、嵌入式系统等。

作为一种优选方案，所述位移处理单元采用STM32F103CBT6芯片，在该STM32F103CBT6芯片基础上通过输入程序形成有QEI端口、串口输出端口。 

因此，本发明的优点是：能够将球栅传感器的信号通过转换电路转换成差分信号和单端信号输出，实现了将普通球栅传感器与PLC、数控系统、私服系统等设备的连接，为进一步的位移检测、工业控制、全闭环控制等应用提供了支持。

附图说明

附图1是本发明的一种电路结构框示图；

附图2是本发明中位移处理单元的一种电路结构示意图；

附图3是本发明中差分信号转换单元的一种电路结构示意图；

附图4是本发明中单端信号转换单元的一种电路结构示意图；

附图5是本发明中正弦产生单元的一种电路结构示意图；

附图6是本发明中激励信号驱动单元的一种电路结构示意图；

附图7是本发明中信号处理单元的一种电路结构示意图；

附图8是本发明中电平转换单元的一种电路结构示意图。

1-位移处理单元  2-正弦产生单元  3-激励信号驱动单元  4-传感器读头  5-信号处理单元  6-差分信号转换单元  7-单端信号转换单元  8-电平转换单元。  

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例： 

本实施例一种球栅转换器，如图1所示，包括有位移处理单元1，位移处理单元通过球栅信号控制检测电路与球栅传感器读头4连接，该位移处理单元通过内部程序设计形成有QEI端口和串口输出端口，位移处理单元通过QEI端口分别连接差分信号转换单元6和单端信号转换单元7，串口输出端口连接电平转换单元8。该球栅信号控制检测电路包括有正弦产生单元2、激励信号驱动单元3、信号处理单元5，位移处理单元与正弦产生单元输入端连接，正弦产生单元输出端连接激励信号驱动单元输入端，激励信号驱动单元输出端连接传感器读头输入端，传感器读头输出端连接信号处理单元输入端，信号处理单元输出端连接位移处理单元。

如图2所示，该位移处理单元采用STM32F103CBT6单片机芯片组成，该芯片通过程序设计形成有QEI端口和串口输出端口，该QEI端口具有三个脚，分别为17、18、19脚的QEI-A端、QEI-B端、QEI-R端，芯片的21和22脚分别为串口输出端口的输入和输出两个端。另外芯片上还具有向球栅信号控制检测电路发送信号的42脚CLK信号端、32脚1KHz信号端，以及接受信号的11脚SIG-X端。

如图5所示正弦波产生单元电路，主要由MAX7427CUA+芯片和放大器并通过电容电阻元器件构成，该MAX7427CUA+芯片具有IN脚、CLK脚、OUT脚，位移处理单元的芯片的CLK信号端连接在CLK脚上，1KHz信号端通过连接电阻后连接在IN脚上，OUT脚通过连接电容、电阻后连接至放大器正相输入端上，放大器输出端连接激励信号驱动单元。如图6所示，采用LM380N-8芯片构成，该LM380N-8芯片具有INPUT+脚、INPUT-脚、VOUT脚，INPUT+脚接地，VOUT脚连接传感器读头内激励线圈正极，INPUT﹣脚连接传感器读头内激励线圈负极，另外激励信号驱动单元电路的放大器输出端也连接在INPUT﹣脚上。如图7所示信号处理单元电路，图中SIG-IN脚为输入端口，SIN-OUT脚为输出端口，中间由电阻、电容和两级放大器构成的模数转换电路，SIN-IN脚连接传感器读头输出端，SIN-OUT脚连接到位移处理单元芯片上的SIG-X端。

差分信号转换单元包括有差分信号转换电路和差分信号输出连接端口，如图3所示差分信号转换单元电路，采用MC3487芯片，该芯片具有三个与位移处理单元芯片上QEI端口对应的连接端口，分别为信号输入端A、信号输入端B、信号输入端R，还具有6个差分信号输出端，分别为差分信号输出端A+、差分信号输出端A-、差分信号输出端B+、差分信号输出端B-、差分信号输出端R+、差分信号输出端R-，信号输入端A对应差分信号输出端A+、差分信号输出端A-，信号输入端B对应差分信号输出端B+、差分信号输出端B-，信号输入端R对应差分信号输出端R+、差分信号输出端R-，6个差分信号输出端都连接至信号差分信号输出连接端口上。

单端信号转换单元包括单端信号转换电路和单端信号输出连接端口，如图4所示，单端信号转换电路包括三个三极管，每个三极管的基极通过连接电阻后与位移处理单元的QEI端口的一个脚连接，三个三极管基极对应QEI-A端、QEI-B端、QEI-R端。三极管发射极接地，集电极通过连接保险丝后作为一个单端信号输出端，三个三极管三个单端信号输出端，三个单端信号输出端都连接至单端信号输出连接端口上。

电平转换单元包括RS232电平转换电路和RS232信号输出连接端口，如图8所示，RS232电平转换电路芯片具有11、12脚分别与位移处理单元芯片的21、22脚连接，另外RS232电平转换电路芯片具有13、14脚作为输出、输入端连接在RS232信号输出连接端口上。

本实施例球栅转换器工作时，由位移处理单元产生激励信号所需的1KHz正弦信号和125KHz的clk信号，经过正弦产生单元变换成1KHz的正弦波信号，再经过激励信号驱动单元后发送给球栅传感器读头的激励端。传感器读头工作后输出一个与激励信号同频的调相信号，该信号通过信号处理单元转换为MCU能够接受的数字信号。位移处理单元接受传感器读头检测的信号，并通过数字鉴相、数字滤波等运算后得到相应的位移信号，位移处理单元再将位移信号转换成QEI端口对应的信号后传送给差分信号转换单元和单端信号转换单元，以及转换成串口输出端口对应的信号传送给垫片转换单元。通过差分信号转换单元输出RS-422差分信号，通过单端信号转换单元输出集电极开路（OC）信号，通过电平转换单元输出RS-232信号。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了位移处理单元、正弦产生单元、激励信号驱动单元、传感器读头等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。 

Claims (6)

1.一种球栅转换器，其特征在于：包括有位移处理单元（1）和将位移信号转换成差分或单端信号的转换电路，所述转换电路包括差分信号转换单元（6）和单端信号转换单元（7），位移处理单元设置有QEI端口，位移处理单元通过QEI端口分别与差分信号转换单元（6）和单端信号转换单元（7）连接，位移处理单元通过球栅信号控制检测电路连接在球栅传感器读头（4）上。

2.根据权利要求1所述的一种球栅转换器，其特征是所述差分信号转换单元包括有差分信号转换电路和差分信号输出连接端口，该差分信号转换电路包括一差分信号转换芯片，该芯片采用MC3487芯片，差分信号转换芯片包括有三个与QEI端口连接的信号输入端A、信号输入端B、信号输入端R，以及与6个差分信号输出端，分别为差分信号输出端A+、差分信号输出端A-、差分信号输出端B+、差分信号输出端B-、差分信号输出端R+、差分信号输出端R-，信号输入端A对应差分信号输出端A+、差分信号输出端A-，信号输入端B对应差分信号输出端B+、差分信号输出端B-，信号输入端R对应差分信号输出端R+、差分信号输出端R-，6个差分信号输出端都连接至信号差分信号输出连接端口上。

3.根据权利要求1所述的一种球栅转换器，其特征是所述单端信号转换单元包括单端信号转换电路和单端信号输出连接端口，单端信号转换电路包括三个三极管，每个三极管的基极通过连接电阻后与位移处理单元的QEI端口连接，发射极接地，集电极通过连接保险丝后作为一个单端信号输出端，三个三极管分别连接QEI端口，并形成三个单端信号输出端，三个单端信号输出端都连接至单端信号输出连接端口。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种球栅转换器，其特征是所述球栅信号控制检测电路包括有正弦产生单元（2）、激励信号驱动单元（3）、信号处理单元（5），位移处理单元与正弦产生单元连接，正弦产生单元与激励信号驱动单元连接，激励信号单元连接到传感器读头输入端上，传感器读头输出端通过连接信号处理单元连接到位移处理单元上。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种球栅转换器，其特征是位移处理单元还设有串口输出端口，在串口输出端口上连接有电平转换单元，该电平转换单元包括RS232电平转换电路和RS232信号输出连接端口，RS232电平转换电路输入端与串口输出端口连接，RS232电平转换电路输出端与RS232信号输出连接端口连接。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种球栅转换器，其特征是所述位移处理单元采用STM32F103CBT6芯片，在该STM32F103CBT6芯片基础上通过输入程序形成有QEI端口、串口输出端口。