CN111504359B - 一种提高光电编码可靠性的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高光电编码可靠性的方法及其装置，首先设定当发光管的主光线穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态处于“开位置”，反之为“关位置”；令光电编码器发光管分别发射强度为P’和P”的光线给光电编码器接收管并记录光电编码器接收管对应的输出电压V’和V”，其中P”>P’；关闭光电编码器发光管并记录此时接收管对应的输出电压V”’；将光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管输出电压值分别代入光电收发传输模型中得到三组传输关系式；联立T5中的三组传输关系式解出光电编码器码盘的隔离系数K；根据K判断光电编码器的状态；该方法可有效避免了元件老化、温度变化、环境光照等因素引起的编码错误问题。

Description

一种提高光电编码可靠性的方法及其装置
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种提高光电编码器可靠性的方法及其装置。
背景技术
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一-定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测，输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速；此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的脉冲信号。光电编码器在业控制和自动化领域应用非常广泛，适用于测量的物理量有长度、角速度和位置等。传统的光电编码器，受元件老化、温度变化、环境光照等因素影响，很容易产生编码错误的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统的光电编码器，受元件老化、温度变化、环境光照等因素影响，很容易产生编码错误的问题。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种提高光电编码可靠性的方法，包括以下步骤：
T1.设定当发光管的主光线穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“开位置”，当发光管的主光线未穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“关位置”；
T2.令光电编码器发光管向接收管发射强度为P’的光线，并记录光电编码器接收管对应的输出电压V’；
T3.令光电编码器发光管向接收管发射强度为P”的光线，并记录光电编码器接收管对应的输出电压V”；其中P”大于P’；
T4.关闭光电编码器发光管并记录此时接收管对应的输出电压V”’；
T5.将T2、T3和T4中的光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管的输出电压值分别代入光电收发传输模型中得到三组光电收发传输关系式；
T6.联立T5中的三组光电收发传输关系式解出光电编码器的码盘隔离系数K；
T7.根据码盘隔离系数K判断光电编码器的状态。
进一步优选方案为，所述光电编码器的光电收发传输模型为：V＝PK+Pn+F；
式中：V表示接收管输出电压；
P表示发射管发射光线的强度；
K表示码盘的隔离系数；
n为散射光线的传输系数；
F为环境光照导致的电压偏移。
进一步优选方案为，关闭光电编码器发光管时，发光管发射光线的强度P＝0，V”’＝F。
进一步优选方案为，联立T5中的三组传输关系式为：
Figure BDA0002491603570000021
进一步优选方案为，当K>0，光电编码器的状态判定为“开位置”；当K＝0，光电编码器的状态判定为“关位置”。
本发明还提供一种提高光电编码可靠性的装置，包括：预设装置、收集装置、第一计算装置、第二计算装置和判断装置；
一种提高光电编码可靠性的装置，其特征在于，包括：预设装置、收集装置、第一计算装置、第二计算装置和判断装置；
预设装置用于预先设定当发光管的主光线穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“开位置”，当发光管的主光线未穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“关位置”；
收集装置用于收集光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管的输出电压值；
第一计算装置用于光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管的输出电压值分别代入光电收发传输模型中得到三组光电收发传输关系式；
第二计算装置用于联立第一计算装置得到的三组光电收发传输关系式解出光电编码器码盘隔离系数K；
判断装置用于根据码盘的隔离系数K判断光电编码器的状态。
进一步优选方案为，所述光电编码器的光电收发传输模型为：V＝PK+Pn+F；
式中：V表示接收管输出电压；
P表示发射管发射光线的强度；
K表示码盘的隔离系数；
n为散射光线的传输系数；
F为环境光照导致的电压偏移。
进一步优选方案为，当K>0，光电编码器的状态判定为“开位置”；当K＝0，光电编码器的状态判定为“关位置”。
本方案工作原理：光电编码器发光管发出的主光线穿过码盘上的开窗照射到接收管上，接收管检测到主光线并输出电压。根据检测到的电压即可判断码盘上的开窗是否处于主光线的位置。另外发光管发出的散射光线会直接散射到接收管上。
常规的光电检测示意图如附图2所示。根据光电收发传输模型为：
V＝PK+Pn+F；
式中：V表示接收管输出电压；
P表示发射管发射光线的强度；
K表示码盘的隔离系数；
n为散射光线的传输系数；
F为环境光照导致的电压偏移。
令“开位置”K＝K1。这时接收管输出电压为V1＝PK1+Pn+F。
“关位置”时K＝0。V0＝Pn+F。
常规方法需要设置门限电压Vt，介于V1和V0之间，通过比较接收管输出电压V和Vt的大小，即可判断光电编码器是“开位置”或“关位置”。但由于环境光照F的变化或者发光强度P的变化，可能导致光电管输出偏移，“开位置”时，接收光输出电压变小成为V1’，或者“关位置”时，接收管输出电压变大成为V0’，而预先设置的门限电压Vt不变。当V0’大于Vt，或者V1’小于Vt时，就会发生误判。
本发明不采用上述的门限电压来判断光电编码器的状态，而是通过获取接收管输出的多个电压值计算处理后直接给出判断结果。先让发光管发射两种不同强度的光线，分别为P’和P”，其中P”大于P’。对应光电管输出的两个对应的接收管输出电压分别为
V’＝P’K+P’n+F (1)
V”＝P”K+P”n+F (2)
然后关闭发光管，由于这时发光管发出的光线强度P＝0，所以接收管输出电压
V”’＝F (3)
联立(1)(2)(3)三式，可以解出K。
当K>0，即可判定为“开位置”
当K＝0，即可判定为“关位置”。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的一种提高光电编码可靠性的方法及其装置，不需要根据门限电压来判断，通过获取接收管输出的多个电压值，计算处理，直接给出判断结果；在进行计算处理时，使得环境光照F成为光电编码的状态判断的无关量，通过判断码盘的隔离系数来判断光电编码的状态，可以使判断过程不受光电转换系数和环境光照影响，有效避免元件老化、温度变化、环境光照等因素影响导致的编码错误问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
在附图中：
图1为本发明提高光电编码可靠性的方法流程图；
图2为光电检测示意图；
附图中标记及对应的零部件名称：
1-主光线，11-散射光线，2-发光管，3-码盘，31-开窗，32-码盘转轴，4-接收管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，一种提高光电编码器可靠性的方法，包括以下步骤：
T1.设定当发光管的主光线穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“开位置”，当发光管的主光线未穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“关位置”；
T2.令光电编码器发光管向接收管发射强度为P’的光线，并记录光电编码器接收管对应的输出电压V’；
T3.令光电编码器发光管向接收管发射强度为P”的光线，并记录光电编码器接收管对应的输出电压V”；其中P”大于P’；
T4.关闭光电编码器发光管并记录此时接收管对应的输出电压V”’；
T5.将T2、T3和T4中的光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管的输出电压值分别代入光电收发传输模型中得到三组光电收发传输关系式；
T6.联立T5中的三组光电收发传输关系式解出光电编码器的码盘隔离系数K；
T7.根据码盘隔离系数K判断光电编码器的状态。
所述光电编码器的光电收发传输模型为：V＝PK+Pn+F；
式中：V表示接收管输出电压；
P表示发射管发射光线的强度；
K表示码盘的隔离系数；
n为散射光线的传输系数；
F为环境光照导致的电压偏移。
关闭光电编码器发光管时，发光管发射光线的强度P＝0，V”’＝F。
联立T5中的三组传输关系式为：
Figure BDA0002491603570000051
当K>0，光电编码器的状态判定为“开位置”；当K＝0，光电编码器的状态判定为“关位置”。
一种提高光电编码可靠性的装置，包括：预设装置、收集装置、第一计算装置、第二计算装置和判断装置；
预设装置用于设定当发光管的主光线穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态处于“开位置”，反之为“关位置”；
收集装置用于收集光电编码器发光管发射不同强度的光线及其对应接收管的输出电压；
第一计算装置用于将光电编码器发光管发射的不同强度光线及其对应接收管的输出电压分别代入光电编码器的光电收发传输模型中得到三组传输关系式；
第二计算装置用于联立第一计算装置输出的三组传输关系式解出光电编码器码盘的隔离系数K；
实施例2
如图2所示，光电编码器的发光管2发出的主光线1穿过码盘3上的开窗31照射到接收管4上，接收管4检测到光线后输出电压。根据检测到的电压即可判断码盘3上的开窗31是否处于主光线1的位置。另外发光管发出的散射光线11部分会直接散射到接收管4上。
设光电收发传输模型为：
V＝PK+Pn+F(式1)
式中V为接收管4的输出电压；
P为发射管2发射光线的强度；K为码盘3对光线的隔离系数，n为散射光线11的传输系数；F为环境光照导致的电压偏移。这里设码盘3的位置处于主光线1穿过其开窗31时为“开位置”，反之为“关位置”。
令“开位置”时，K＝K1；这时接收管输出电压为：V1＝PK1+Pn+F。
令“关位置”时，K＝0；这时接收管输出电压为：V0＝Pn+F。
常规方法会设置一门限电压Vt，介于V1和V0之间，通过比较接收管输出电压V和Vt的大小，即可判断光电编码器的状态是“开位置”或“关位置”。但是，由于环境光照F的变化或者发光强度P的变化，可能导致光电管输出偏移，“开位置”时，接收光输出电压变小成为V1’，或者“关位置”时，接收管输出电压变大成为V0’，而预先设置的门限电压Vt不变。当V0’大于Vt，或者V1’小于Vt时，就会发生误判。
使用常规方法：在室内，分别测得“开状态”时接收管输出电压为4V，“关状态”时接收管输出电压约为0.4V。门限电压设置为“开状态”和“关状态”的中间电压2.2V。通过判断接收管输出电压与门限电压：当接收管输出电压小于2.2V时，判断光电编码器的状态为“开状态”，反之，判断光电编码器的状态为“关状态”。
但是，当拿到室外光线很强的地方后(即环境光照导致的电压偏移F增大)，“关状态”时接收管输出电压实际电压变成了2.5V。由于2.5V高于门限电压2.2V，将被错误的判断为了“开状态”。
使用本发明提供的方法后：
在室内，先让发光管发射一个弱光线，分别测得“开状态”接收管输出电压为2.2V，“关状态”为0.4V；然后发射一个强光线，分别测得“开状态”接收管输出电压为4V，“关状态”为0.4V。由4-2.2>0，可以判断光电编码器的状态为“开状态”。由0.4-0.4＝0，可以判断光电编码器的状态为“关状态”。
在室外，先让发光管发射一个弱光线，分别测得“开状态”接收管输出电压为4.3V，“关状态”为2.5V。然后发射一个强光线，分别测得“开状态”接收管输出电压为6.1V，“关状态”为2.5V。由6.1-4.3>0，可以判断光电编码器的状态为“开状态”；由2.5-2.5＝0，可以判断光电编码器的状态为“关状态”。
综上所述可以得到，无论在室内或是室外使用本发明提供的方法得到的结果是一致的，但是使用常规方法，由于环境影响得到的光电编码器的状态不一致。
下表是在不同环境光线强度下的两种方法多组试验结果。
表1常规方法测量结果
环境光线强度 开状态下实际输出 关状态下实际输出
97000lx 开状态 开状态
74000lx 开状态 开状态
34000lx 开状态 关状态
12000lx 开状态 关状态
表2本发明方法测量结果
Figure BDA0002491603570000061
Figure BDA0002491603570000071
从上表可见，当光线强度大于等于74000lx时，常规方法测量光电编码器会将本应输出的关状态错误输出为开状态。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方法和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高光电编码可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
T1.设定当发光管的主光线穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“开位置”，当发光管的主光线未穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“关位置”；
T2.令光电编码器发光管向接收管发射强度为P’的光线，并记录光电编码器接收管对应的输出电压V’；
T3.令光电编码器发光管向接收管发射强度为P”的光线，并记录光电编码器接收管对应的输出电压V”；其中P”大于P’；
T4.关闭光电编码器发光管并记录此时接收管对应的输出电压V”’；
T5.将T2、T3和T4中的光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管的输出电压值分别代入光电收发传输模型中得到三组光电收发传输关系式；
T6.联立T5中的三组光电收发传输关系式解出光电编码器的码盘隔离系数K；
T7.根据码盘隔离系数K判断光电编码器的状态，
其中，所述光电编码器的光电收发传输模型为：V＝PK+Pn+F；
式中：V表示接收管输出电压；
P表示发射管发射光线的强度；
K表示码盘的隔离系数；
n为散射光线的传输系数；
F为环境光照导致的电压偏移。
关闭光电编码器发光管时，发光管发射光线的强度P＝0，V”’＝F。
2.根据权利要求1所述的一种提高光电编码可靠性的方法，其特征在于，联立T5中的三组传输关系式为：
Figure FDA0002952442720000011
3.根据权利要求1所述的一种提高光电编码可靠性的方法，其特征在于，当K>0，光电编码器的状态判定为“开位置”；当K＝0，光电编码器的状态判定为“关位置”。
4.一种提高光电编码可靠性的装置，其特征在于，包括：预设装置、收集装置、第一计算装置、第二计算装置和判断装置；
预设装置用于预先设定当发光管的主光线穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“开位置”，当发光管的主光线未穿过码盘开窗位置时光电编码器的状态为“关位置”；
收集装置用于收集光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管的输出电压值；
第一计算装置用于光电编码器发光管发射的不同光线强度值及其对应接收管的输出电压值分别代入光电收发传输模型中得到三组光电收发传输关系式；
第二计算装置用于联立第一计算装置得到的三组光电收发传输关系式解出光电编码器码盘隔离系数K；
判断装置用于根据码盘的隔离系数K判断光电编码器的状态；
所述光电编码器的光电收发传输模型为：V＝PK+Pn+F；
式中：V表示接收管输出电压；
P表示发射管发射光线的强度；
K表示码盘的隔离系数；
n为散射光线的传输系数；
F为环境光照导致的电压偏移。
5.根据权利要求4所述的一种提高光电编码可靠性的装置，其特征在于，当K>0，光电编码器的状态判定为“开位置”；当K＝0，光电编码器的状态判定为“关位置”。
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