CN104748773B - 滑环编码器及其编码方法 - Google Patents
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Abstract
公开了滑环编码器及其编码方法，滑环编码器包括：编码带，固定至滑环，具有规则布置的多个孔；至少一对第一传感器，设置在编码带一侧，每一对第一传感器配置为在编码带随滑环转动时，根据从编码带另一侧发出并透过所述多个孔的光，分别产生第一感测信号和第一冗余感测信号；至少一个信号组合模块，连接至所述至少一对第一传感器，配置为组合第一感测信号和第一冗余感测信号，产生组合感测信号，作为滑环编码器的第一编码信号。根据本发明实施例，利用冗余传感器提供冗余信号，避免异物的影响，提高编码信号稳定性以及整机正常运行。
Description
技术领域
本发明示例性实施例总体上涉及编码器领域，具体涉及一种具有冗余传感器的滑环编码器及其编码方法。
背景技术
滑环普遍用于例如CT设备中，通常将X射线源和探测器固定在围绕受检对象的圆形滑环上，工作中每运动一圈，就得到受检对象一个厚度切面的图像。在现有的CT设备中，为了获得不同的视角图像信息，需要滑环的转动，并且需要用到滑环转动过程中的位置和转速信息。为此，设计了滑环编码器，其主要功能是将滑环转动所到的位置和转速的信息，通过光电编码，转换成A，B相两路正交差分脉冲信号和每圈一个的Z相差分脉冲信号，发送到上位机。上位机对A、B、Z相差分脉冲信号进行分析，获得滑环的转动位置和转速信息。
滑环编码器的输出信号的准确性和稳定性对于整机的可靠稳定运行而言非常重要。然而，滑环编码器在长时间运行时，由于灰尘累积等原因编码带部分出现筛孔、堵孔现象，导致输出错误的差分脉冲信号，引起整机的控制或操作异常。
需要一种滑环编码器和编码方法，能够避免或减小筛孔、堵孔等现象对输出信号的影响，提高整机运行的稳定性。
发明内容
本发明示例性实施例提供了滑环编码器及其编码方法，利用冗余传感器提供冗余信号，能够避免外界干扰，确保编码器输出信号的准确性和稳定性。
根据本发明实施例，提供了一种滑环编码器，包括：
编码带，固定至滑环，具有规则布置的多个孔；
至少一对第一传感器，设置在编码带一侧，每一对第一传感器配置为在编码带随滑环转动时，根据从编码带另一侧发出并透过所述多个孔的光，分别产生第一感测信号和第一冗余感测信号；
至少一个信号组合模块，连接至所述至少一对第一传感器，配置为组合第一感测信号和第一冗余感测信号，产生组合感测信号，作为滑环编码器的第一编码信号。
根据本发明另一实施例，提供了一种滑环编码器的编码方法，包括步骤：
在编码带随滑环转动时，根据透过所述编码带上规则布置的多个孔的光，产生第一感测信号和第一冗余感测信号；
组合第一感测信号和第一冗余感测信号，产生组合感测信号；以及
输出组合感测信号，作为滑环编码器的第一编码信号。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1示出了滑环编码器的布置示意图；
图2示出了图1所示滑环编码器的局部放大示意图；
图3示出了滑环编码器受到干扰的示意图；
图4示出了受到干扰的滑环编码器的输出信号脉冲；
图5示出了根据本发明示例实施例的滑环编码器的局部放大示意图；
图6示出了根据本发明示例实施例的滑环编码器中传感器输出的电脉冲；以及
图7示出了根据本发明示例实施例的滑环编码器的编码方法的示意流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的示例实施例进行详述。以下描述包括各种具体细节以辅助理解，但这些具体细节应仅被示为示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，可以在不脱离本公开范围和精神的情况下对这里描述的各个实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简明起见，省略了公知功能和结构的描述。
以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于其字面含义，而是仅由发明人用于实现本发明的清楚一致的理解。因此，本领域技术人员应当清楚，对本发明各个示例实施例的以下描述仅被提供用于说明目的，而不意在限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明。
图1示出了常见滑环编码器的布置示意图，图2示出了图1所示滑环编码器的局部放大示意图。如图1和2所示，滑环编码器包括编码带和布置在编码带一侧的传感器，例如光电传感器。编码带例如可以是钢带。编码带固定至滑环，可随滑环一同转动。编码带上具有规则布置的孔。从布置在编码带另一侧的发光设备(例如，发光二极管)发出的光透过编码带上孔，可以被传感器感测到。传感器可以将感测到的光信号转换为具有高或低电平的电信号。这样，当编码带随滑环转动时，光束时通时断，感测到的光信号可以被转换为与转速相关的电信号或脉冲，其脉冲频率正比于滑环的转速。这样，通过两路正交(即，相位相差90度)的脉冲，就可确定滑环的转速和转动方向。具体地，设置三个传感器，其中两个传感器产生A，B相两路正交脉冲信号，表示滑环的转速和转动方向信息，一个传感器产生每圈一个的Z相脉冲信号，表示滑环转动圈数信息。A、B和Z相脉冲信号经过差分处理后发送到上位机。上位机对A、B、Z相差分脉冲信号进行分析，获得滑环的转动位置和转速信息。作为示例，图2仅示出了与A相脉冲信号有关的编码器部分，与B相和Z相脉冲信号有关的编码器部分与之类似。
在长时间运行时，由于灰尘等异物的影响，经常造成滑环编码器中编码带的孔被完全或部分堵住，如图3所示，这样编码带上存在正常孔、堵孔和筛孔。堵孔和筛孔导致缺失或分割某相上的一个或多个脉冲，如图4所示，以A相为例，相比于正常孔信号，堵孔信号缺少了一个脉冲，而筛孔信号中将一个脉冲分割为两个。这样，某些感测信号相位错误，导致滑环编码器的输出不稳定，并会引起整机功能异常或故障。
鉴于现有滑环编码器的上述不足，本发明实施例提供了一种滑环编码器及其编码方法，利用冗余传感器提供冗余信号，能够避免外界干扰，确保编码器输出信号的准确性和稳定性，从而能够提高整机正常稳定地运行。
根据本发明一个实施例的滑环编码器，包括编码带、至少一对第一传感器和至少一个信号组合模块。编码带固定至滑环，具有规则布置的多个孔。编码带例如可以是钢带。至少一对第一传感器设置在编码带一侧。每一对第一传感器配置为在编码带随滑环转动时，根据从编码带另一侧发出并透过所述多个孔的光，分别产生第一感测信号和第一冗余感测信号。此外，针对每一对第一传感器分别设置信号组合模块，用于组合该对第一传感器产生的第一感测信号和第一冗余感测信号，得到组合感测信号，作为滑环编码器的第一编码信号。在一个实施例中，每个组合感测信号可以包括A相或B相信号，即，表示滑环的转速和转动方向的相位正交的两路单相电信号之一。
在一个实施例中，滑环编码器还可以包括至少一个第二传感器，设置在编码带一侧，其中每个第二传感器配置为在编码带随滑环转动时，根据从编码带另一侧发出并透过所述多个孔的光，产生第二感测信号。第二感测信号作为滑环编码器的第二编码信号。在一个实施例中，第二感测信号可以包括Z相信号，即表示滑环转动圈数的单相电信号。
在一个实施例中，为了能够远距离传输感测信号，滑环编码器还包括多个差分模块，分别连接至每个信号组合模块和每个第二传感器，用于将每个组合感测信号和每个第二感测信号转换为差分信号，以作为第一和第二编码信号传输。例如，差分模块可以采用公知的差分芯片。
在一个实施例中，每个第一和第二传感器可以包括光电传感器，配置为感测透过所述多个孔的光，并将感测到的光信号转换为电信号。
在一个实施例中，每一对第一传感器中的两个传感器布置为沿着编码带彼此间隔预定距离，以便产生相位相同的第一感测信号和第一冗余感测信号。
在一个实施例中，信号组合模块包括逻辑或门，对第一感测信号和第一冗余感测信号进行或运算。
通过采用两个传感器产生相位相同的两个感测信号，能够实现对某相上感测信号的冗余。由于灰尘等异物很少恰好堵住编码带上处于同一相的、距离固定的两个孔，所以即使某个感测信号由于堵孔或筛孔出现错误，也能够通过与对应冗余感测信号的逻辑或运算来校正或消除该错误。这样，避免了异物影响，确保滑环编码器的输出稳定，从而提高整机运行正确性和可靠性。
图5示出了根据本发明示例实施例的滑环编码器的局部放大示意图，以A相和B相为例。如图5所示，该滑环编码器包括编码带50，在编码带50一侧布置的两对传感器52-1和52-2、以及54-1和54-2、以及信号组合模块56和58。传感器52-1和52-2针对A相信号，沿着编码带50彼此间隔预定距离，以便产生相位相同(均为A相)的感测信号A1和冗余的感测信号A2。传感器54-1和54-2针对B相信号，沿着编码带50彼此间隔预定距离，以便产生相位相同(均为B相)的感测信号B1和冗余的感测信号B2。A相与B相是正交的。
具体地，当编码带50随滑环转动时，从编码带50另一侧的发光设备62(例如发光二极管)发出的光透过编码带50上规则布置的孔，被传感器52-1和52-2、以及54-1和54-2分别感测，并转换为正交的A相电脉冲A1和A2以及B相电脉冲B1和B2。信号组合模块56连接至传感器52-1和52-2，接收A相电脉冲A1和A2作为输入，对其进行组合，输出组合电脉冲A’。信号组合模块58连接至传感器54-1和54-2，B相电脉冲B1和B2作为输入，对其进行组合，输出组合电脉冲B’。电脉冲A’和B’与转速相关，其脉冲频率正比于滑环的转速。这样，通过两路正交(即，相位相差90度)的脉冲A’和B’，就可确定滑环的转速和转动方向。换言之，信号A’、B’即为输出的正交滑环编码信号，可送至上位机进行处理来获得滑环的转速和转动方向。
在一个实施例中，信号组合模块56和58可以采用逻辑或门。
图6示出了根据本发明示例实施例的滑环编码器中各对传感器输出的电脉冲，具体了示出了在正常、堵孔和筛孔情况下输出的A相电脉冲A1和A2。虽然没有具体示出B相电脉冲，暗示本领域技术人员可以理解，除了相位不同，B相电脉冲B1和B2在这几种情况下的波形是类似于A相电脉冲A1和A2的。
如图6前两行所示，在编码带的孔没有受到异物影响的正常情况下，传感器52-1和52-2均产生正常孔信号A1和A2，具有相同的正常波形，经过逻辑或门组合后的信号(即，或后信号A’)也具有相同的正常波形。
如图6中间两行所示，在编码带的某个孔被堵住的情况下，例如图5中与传感器52-1相对的孔被堵住的情况下，传感器52-1产生堵孔信号A1，其中缺失了一个脉冲。相反，由于与传感器52-2相对的孔没有受到异物影响，传感器52-2产生同相的正常孔信号A2。将堵孔信号A1和正常孔信号A2经过逻辑或门组合后，或后信号A’具有与正常孔信号A2相同的波形，即正常波形。
如图6后两行所示，在编码带的某个孔被部分堵住，形成筛孔的情况下，例如图5中与传感器52-1相对的孔被部分堵住的情况下，传感器52-1产生筛孔信号A1，其中分割了一个脉冲。相反，由于与传感器52-2相对的孔没有受到异物影响，传感器52-2产生同相的正常孔信号A2。将筛孔信号A1和正常孔信号A2经过逻辑或门组合后，或后信号A’具有与正常孔信号A2相同的波形，即正常波形。
从图6可以看出，由于异物很少恰好堵住编码带上处于同一相的、距离固定的两个孔，所以即使某时刻某个感测信号由于堵孔或筛孔出现错误，也能够通过与对应冗余感测信号的逻辑或运算来校正或消除该错误，获得具有正常波形的正确信号，确保了信号稳定性。
在一个示例实施例中，如图5所示，为了远距离传输编码信号A’，滑环编码器还可以包括差分模块60，用于将信号A’转换成差分信号A+和A-。差分模块60可以采用公知的差分芯片。
虽然图5中未示出，但是对于信号B’，也可以采用与差分模块60相同的差分模块来转换，产生差分信号B+和B-以便传输。图5中采用虚线框来表示省略了与信号A’相同的布置。
在一个实施例中，差分信号A+和A-以及差分信号B+和B-分别可以通过DB9插头输出，图5中示出了DB9插头64，包括终端电阻以及输出DB9-6和输出DB9-1。
此外，尽管图5未示出，但是为了获得滑环圈数信息，在编码带一侧还设置有用于产生Z相信号的传感器，并且在编码带上还设置有用于产生Z相信号的孔，通过此孔，滑环每转一圈，即输出一个Z相脉冲，配合A，B相信号，可以用于计算滑环转动速度和位置。与A、B相信号一样，Z相信号也可以经由差分模块转换为差分信号输出。
以上参照示例实施例描述了滑环编码器的结构和操作。下面参照图7描述根据本发明示例实施例的滑环编码器的编码方法。如图7所示，该编码方法包括步骤S700，在编码带随滑环转动时，根据透过所述编码带上规则布置的多个孔的光，产生第一感测信号和第一冗余感测信号。
在步骤S702，组合第一感测信号和第一冗余感测信号，产生组合感测信号。组合感测信号可以包括表示滑环的转速和转动方向的相位正交的两路单相电信号之一或两者，例如图5中示出的信号A’和／或B’。这里，组合第一感测信号和第一冗余感测信号可以是指对第一感测信号和第一冗余感测信号进行或运算。
在步骤704，输出组合感测信号，作为编码信号，以送至上位机进行处理，获得滑环转动速度和位置。
虽然图7未示出，但是该编码方法还可以包括：在编码带随滑环转动时，根据从编码带另一侧发出并透过所述多个孔的光，产生第二感测信号，作为滑环编码器的第二编码信号。第二感测信号可以包括表示滑环转动圈数的单相电信号，即Z相信号。
虽然图7未示出，但是该编码方法还可以包括：将组合感测信号和第二感测信号分别转换为差分信号以便传输。
以上的详细描述通过使用示意图、流程图和／或示例，已经阐述了滑环编码器及其编码方法的众多实施例。在这种示意图、流程图和／或示例包含一个或多个功能和／或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和／或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和／或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和／或写入软件和／或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和／或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种滑环编码器，包括：
编码带，固定至滑环，具有规则布置的多个孔；
至少一对第一传感器，设置在编码带一侧，每一对第一传感器配置为在编码带随滑环转动时，根据从编码带另一侧发出并透过所述多个孔的光，分别产生第一感测信号和第一冗余感测信号；
至少一个信号组合模块，连接至所述至少一对第一传感器，配置为组合第一感测信号和第一冗余感测信号，产生组合感测信号，作为滑环编码器的第一编码信号；以及
至少一个第二传感器，设置在所述编码带一侧，其中每个第二传感器配置为在编码带随滑环转动时，根据从编码带另一侧发出并透过所述多个孔的光，产生第二感测信号，作为滑环编码器的第二编码信号。
2.根据权利要求1所述的滑环编码器，还包括：多个差分模块，分别连接至每个信号组合模块以及每个第二传感器，配置为将每个组合感测信号和每个第二感测信号转换为差分信号以便传输。
3.根据权利要求1所述的滑环编码器，其中每个第一和第二传感器包括光电传感器，配置为感测透过所述多个孔的光，并将感测到的光信号转换为电信号。
4.根据权利要求1所述的滑环编码器，其中，所述至少一对第一传感器包括两对第一传感器，每对第一传感器产生的第一感测信号和第一冗余感测信号与滑环的转速有关。
5.根据权利要求4所述的滑环编码器，其中，所述至少一个信号组合模块包括两个信号组合模块，分别连接至两对第一传感器，以及
两个信号组合模块分别产生的组合感测信号包括表示滑环的转速和转动方向的相位正交的两路单相电信号。
6.根据权利要求1所述的滑环编码器，其中，第二感测信号包括表示滑环转动圈数信息的单相电信号。
7.根据权利要求1所述的滑环编码器，其中，每一对第一传感器的两个传感器布置为沿着编码带彼此间隔预定距离，以便产生相位相同的第一感测信号和第一冗余感测信号。
8.根据权利要求1所述的滑环编码器，其中，信号组合模块包括逻辑或门，对第一感测信号和第一冗余感测信号进行或运算。
9.一种滑环编码器的编码方法，包括步骤：
在编码带随滑环转动时，根据透过所述编码带上规则布置的多个孔的光，产生第一感测信号和第一冗余感测信号；
组合第一感测信号和第一冗余感测信号，产生组合感测信号；
输出组合感测信号，作为滑环编码器的第一编码信号；以及
在编码带随滑环转动时，根据透过所述多个孔的光，产生第二感测信号，作为滑环编码器的第二编码信号。
10.根据权利要求9所述的编码方法，还包括：将组合感测信号和第二感测信号分别转换为差分信号以便传输。
11.根据权利要求9所述的编码方法，其中，组合第一感测信号和第一冗余感测信号的步骤包括：对第一感测信号和第一冗余感测信号进行或运算。
12.根据权利要求9所述的编码方法，其中，所述组合感测信号包括表示滑环的转速和转动方向的相位正交的两路单相电信号之一或两者。
13.根据权利要求9所述的编码方法，其中，所述第二感测信号包括表示滑环转动圈数的单相电信号。
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