CN110032130A - 一种模拟振镜传感器数字化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟振镜数字化系统，包括：振镜电机、驱动板、控制板、计算机和数字化电路。该系统可有效进行传感器信号的模拟采集、传感器信号的模拟输出、传感器信号的数字输出、LED信号的调制，其对模拟振镜的位置传感器进行数字化，并对LED信号进行调制，实现模拟振镜的实时位置反馈和低温漂设计。

Description

一种模拟振镜传感器数字化系统

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种模拟振镜传感器数字化系统，能够应用于激光标记、光学扫描或类似的系统中的动磁式振镜电机。

背景技术

振镜电机通常有两种类型，一种是模拟振镜，一种是数字振镜。模拟振镜价格低，但温度漂移大且控制卡没有实时的位置反馈；数字振镜温漂小且有实时位置反馈，但造价高。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种模拟振镜传感器数字化系统，在不改动模拟振镜电机的前提下，使模拟振镜具有数字振镜的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种模拟振镜传感器数字化系统，包括：振镜电机、驱动板、控制板、计算机和数字化电路；所述计算机和控制板之间通过USB或以太网连接，所述控制板通过模拟信号输入线缆连接至驱动板，所述驱动板通过驱动信号输入线缆连接至振镜电机，所述数字化电路通过LED信号输入电缆连接至振镜电机，所述振镜电机通过传感器信号输出线缆连接至数字化电路，数字化电路通过模拟信号输出线缆连接至驱动板，数字化电路通过数字信号输出线缆连接至控制板；

数字化电路对振镜电机中模拟振镜传感器的传感器信号输出进行数字化，并对模拟振镜传感器的LED信号输入进行调制，数字化后的传感器信号一路经过差分转换给控制板，使控制板得到实时的位置反馈；一路经过数模转换给驱动板，进行振镜电机的位置驱动。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述模拟振镜传感器包括传感器信号输出接口、光敏二极管、发光二极管和LED信号输入接口，所述发光二极管通过LED信号输入接口接收LED驱动信号，发光二极管发射光信号至光敏二极管，所述光敏二极管接收光信号并转换成两路电流信号，通过传感器信号输出接口输出。

进一步地，所述数字化电路包括模拟信号输出接口、数字信号输出接口、数模转换电路、调制电路、FPGA电路、差分输出电路、ADC采样电路、减法器、AGC自动增益控制电路、I-V转换电路一、I-V转换电路二、LED信号输出接口和传感器信号输入接口；

光敏二极管输出的两路电流信号通过传感器信号输入接口分别传输至I-V转换电路一和I-V转换电路二，所述I-V转换电路一和I-V转换电路二将电流信号转换成电压信号后，均传输至AGC自动增益控制电路和减法器；

两路电压信号在AGC自动增益控制电路中进行求和，自动增益控制后的求和信号传输至调制电路，所述FPGA电路发出脉冲信号，脉冲信号控制调制电路中的LED驱动器，使得调制电路产生LED驱动信号并传输至LED信号输出接口，所述LED信号输出接口与LED信号输入接口相连，LED驱动信号传输至发光二极管使LED信号呈现一亮一灭的状态；

两路电压信号在减法器中进行差分处理，然后经过ADC采样电路后传输至FPGA电路，FPGA电路将LED亮时的信号减去LED灭时的信号，相减后的信号一路经过差分输出电路至数字信号输出接口，所述数字信号输出接口与数字信号输出线缆相连，一路经过数模转换电路至模拟信号输出接口，所述模拟信号输出接口与模拟信号输出线缆相连。

进一步地，所述FPGA电路发出的脉冲信号频率为20KHz～200KHz。

进一步地，所述ADC采样电路为16位～18位，1MHz～10MHz采样率。

进一步地，所述数模转换电路为16位～18位，0.1μs～1μs建立时间。

本发明的有益效果是：通过对模拟振镜的数字化，实现模拟振镜的实时位置反馈和低温漂设计，可以使模拟振镜具有数字振镜的优点，价格上又远低于数字振镜。

附图说明

图1是本发明的模拟振镜系统示意图。

图2是本发明的数字化模拟振镜系统示意图。

图3是本发明的数字化电路示意图。

图4是本发明的模拟振镜传感器示意图。

附图标记如下：振镜电机1、驱动板2、控制板3、计算机4、USB或以太网5、模拟信号输入线缆6、驱动信号输入线缆7、LED信号输入电缆8、传感器信号输出线缆9、模拟信号输出线缆10、数字信号输出线缆11、数字化电路12、模拟信号输出接口13、数字信号输出接口14、数模转换电路15、调制电路16、FPGA电路17、差分输出电路18、ADC采样电路19、减法器20、AGC自动增益控制电路21、I-V转换电路一22、I-V转换电路二23、LED信号输出接口24、传感器信号输入接口25、传感器信号输出接口26、光敏二极管27、发光二极管28、LED信号输入接口29。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1到图4所示的模拟振镜传感器数字化系统，包括：数字化电路12、振镜电机1、模拟驱动板2、控制板3、计算机4以及连接线缆。连接线缆包括：传感器信号输出线缆9、LED信号输入线缆8、模拟信号输出线缆10、驱动信号输入线缆7、模拟信号输入线缆6、数字信号输出线缆11、USB或以太网5。

数字化电路12中包括：I-V转换电路一22、I-V转换电路二23、减法器20、ADC采样电路19、AGC自动增益控制电路21、调制电路16、FPGA电路17、数模转换电路15、差分输出电路18以及LED信号输出接口24、传感器信号输入接口25、模拟信号输出接口13、数字信号输出接口14。其中，数字化电路12的调制速率典型为100KHz；ADC采样电路19典型为16位，1MHz采样率；数模转换电路15典型为16位，1μs建立时间。

模拟振镜传感器包括：发光二极管28、光敏二极管27以及LED信号输入接口29、传感器信号输出接口26。发光二极管28通过LED信号输入接口29接收LED驱动信号，发光二极管28发射光信号至光敏二极管27，光敏二极管27接收光信号并转换成两路电流信号，通过传感器信号输出接口26输出。

参见图1、4，在模拟振镜系统中，传感器信号输出接口26直接连接到驱动板2中，控制板3没有得到振镜电机1位置的实时反馈，导致控制板3默认振镜电机1经过一段时间后镜片已经到达指定位置，没有到位信号是模拟振镜的一大缺点。另外由于振镜电机1运行一段时间后，线圈的发热必然导致整个振镜电机1的温度上升，这种温度变化会导致光敏二极管27的输出信号的漂移，这是振镜电机1温漂的最主要来源。

参见图2，对模拟振镜系统的改进在于插入数字化电路12。数字化电路12对传感器信号输出进行数字化，并对LED信号输入进行调制。数字化后的传感器信号一路经过差分转换18给控制板3，控制板3就得到实时的位置反馈；一路经过数模转换15给驱动板2，进行振镜电机1的位置驱动。

参见图3，数字化电路12实现了四个功能：传感器信号的模拟采集、传感器信号的模拟输出、传感器信号的数字输出、LED信号的调制。传感器信号的模拟采集通过I-V转换电路一22、I-V转换电路二23、减法器20、ADC采样电路19完成；LED信号的调制通过AGC自动增益控制电路21、调制电路16完成。具体如下：

光敏二极管27输出的两路电流信号通过传感器信号输入接口25分别传输至I-V转换电路一22和I-V转换电路二23，I-V转换电路一22和I-V转换电路二23将电流信号转换成电压信号后，均传输至AGC自动增益控制电路21和减法器20。

两路电压信号在AGC自动增益控制电路21中进行求和，自动增益控制后的求和信号传输至调制电路16，FPGA电路17发出脉冲信号，脉冲信号控制调制电路16中的LED驱动器，使得调制电路16产生LED驱动信号并传输至LED信号输出接口24，LED信号输出接口24与LED信号输入接口29相连，LED驱动信号传输至发光二极管28使LED信号呈现一亮一灭的状态。

两路电压信号在减法器20中进行差分处理，然后经过ADC采样电路19后传输至FPGA电路17，FPGA电路17将LED亮时的信号减去LED灭时的信号，相减后的信号一路经过差分输出电路18至数字信号输出接口14，数字信号输出接口14与数字信号输出线缆11相连，一路经过数模转换电路15至模拟信号输出接口13，模拟信号输出接口13与模拟信号输出线缆10相连。

通过LED信号的调制可以去除温度漂移，其原理是：FPGA电路17发出脉冲信号，信号频率为20KHz～200KHz。该信号控制调制电路16中的LED驱动器，使LED信号一亮一灭。在ADC采样电路19之后用LED亮时的信号减去LED灭时的信号，可以消除温度变化带来的漂移。

本发明通过在模拟振镜电机和振镜驱动板之间插入数字化电路来实现电机位置传感器的数字化。通过数字化电路的数字输出可以使振镜控制卡得到振镜的实时位置；通过对传感器信号的调制与解调，使传感器的LED灯呈现一亮一灭的状态，并用LED亮时的信号减去LED灭时的信号，从而实现了低温漂设计。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种模拟振镜传感器数字化系统，其特征在于，包括：振镜电机（1）、驱动板（2）、控制板（3）、计算机（4）和数字化电路（12）；所述计算机（4）和控制板（3）之间通过USB或以太网（5）连接，所述控制板（3）通过模拟信号输入线缆（6）连接至驱动板（2），所述驱动板（2）通过驱动信号输入线缆（7）连接至振镜电机（1），所述数字化电路（12）通过LED信号输入电缆（8）连接至振镜电机，所述振镜电机（1）通过传感器信号输出线缆（9）连接至数字化电路（12），数字化电路（12）通过模拟信号输出线缆（10）连接至驱动板（2），数字化电路（12）通过数字信号输出线缆（11）连接至控制板（3）；

数字化电路（12）对振镜电机（1）中模拟振镜传感器的传感器信号输出进行数字化，并对模拟振镜传感器的LED信号输入进行调制，数字化后的传感器信号一路经过差分转换给控制板（3），使控制板（3）得到实时的位置反馈；一路经过数模转换给驱动板（2），进行振镜电机（1）的位置驱动。

2.如权利要求1所述的一种模拟振镜传感器数字化系统，其特征在于：所述模拟振镜传感器包括传感器信号输出接口（26）、光敏二极管（27）、发光二极管（28）和LED信号输入接口（29），所述发光二极管（28）通过LED信号输入接口（29）接收LED驱动信号，发光二极管（28）发射光信号至光敏二极管（27），所述光敏二极管（27）接收光信号并转换成两路电流信号，通过传感器信号输出接口（26）输出。

3.如权利要求2所述的一种模拟振镜传感器数字化系统，其特征在于：所述数字化电路（12）包括模拟信号输出接口（13）、数字信号输出接口（14）、数模转换电路（15）、调制电路（16）、FPGA电路（17）、差分输出电路（18）、ADC采样电路（19）、减法器（20）、AGC自动增益控制电路（21）、I-V转换电路一（22）、I-V转换电路二（23）、LED信号输出接口（24）和传感器信号输入接口（25）；

光敏二极管（27）输出的两路电流信号通过传感器信号输入接口（25）分别传输至I-V转换电路一（22）和I-V转换电路二（23），所述I-V转换电路一（22）和I-V转换电路二（23）将电流信号转换成电压信号后，均传输至AGC自动增益控制电路（21）和减法器（20）；

两路电压信号在AGC自动增益控制电路（21）中进行求和，自动增益控制后的求和信号传输至调制电路（16），所述FPGA电路（17）发出脉冲信号，脉冲信号控制调制电路（16）中的LED驱动器，使得调制电路（16）产生LED驱动信号并传输至LED信号输出接口（24），所述LED信号输出接口（24）与LED信号输入接口（29）相连，LED驱动信号传输至发光二极管（28）使LED信号呈现一亮一灭的状态；

两路电压信号在减法器（20）中进行差分处理，然后经过ADC采样电路（19）后传输至FPGA电路（17），FPGA电路（17）将LED亮时的信号减去LED灭时的信号，相减后的信号一路经过差分输出电路（18）至数字信号输出接口（14），所述数字信号输出接口（14）与数字信号输出线缆（11）相连，一路经过数模转换电路（15）至模拟信号输出接口（13），所述模拟信号输出接口（13）与模拟信号输出线缆（10）相连。

4.如权利要求3所述的一种模拟振镜传感器数字化系统，其特征在于：所述FPGA电路（17）发出的脉冲信号频率为20KHz～200KHz。

5.如权利要求3所述的一种模拟振镜传感器数字化系统，其特征在于：所述ADC采样电路（19）为16位～18位，1MHz～10MHz采样率。

6.如权利要求3所述的一种模拟振镜传感器数字化系统，其特征在于：所述数模转换电路（15）为16位～18位，0.1μs～1μs建立时间。