CN113566744B - 一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电角度传感器技术领域，提供一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法，包括：步骤1，搭建光电角度传感器的分辨率测试系统；步骤2，光电角度传感器连接数据采集系统，给光电角度传感器上电，数据采集系统开始数据采集；步骤3，给电机通电，通过第一级减速器、第二级减速器、联轴器带动轴系转动，保证光电角度传感器的转子以稳定低速转动；待光电角度传感器的转子逆时针方向转动一整周后，结束采集，得到角度位置计数值；步骤4，对步骤3得到的角度位置计数值，进行数据处理；步骤5，对步骤4中出现的区域异常和极端异常情况，进行异常值处理。本发明能够实现全圆周的分辨率测试，并提高光电角度传感器分辨率测试的可靠性。

Description

一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法

技术领域

本发明涉及光电角度传感器技术领域，尤其涉及一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法。

背景技术

光电角度传感器是一种用于角度测量的精密仪器器件，其广泛应用于航空航天、精密机床、机器人等涉及角度测量的领域。其中分辨率是光电角度传感器的一项重要性能指标。随着各行业对光电角度传感器性能要求的不断提高，对分辨率指标的要求也随之提高。因此这也对光电角度传感器的分辨率测试方法也提出了更高的要求。

传统光电角度传感器的分辨率检测一般分为静态测试和动态测试两种。

其中，静态测试是在固定光电角度传感器定子与转子相对位置的情况下，测量其输出的位置角度计数值的波动。此方法可以比较精确的测量当前固定角度位置的分辨率，但是无法测量整圈全圆周位置的分辨率。

而动态测试则是利用电机和轴系带动光电角度传感器的转子转动，然后测量其输出的位置角度计数值的波动。该方法可以测量整圈全圆周的分辨率，但是引入了电机和轴系的干扰，所测分辨率存在失真。

发明内容

本发明主要解决现有技术的静态测试无法测量整圈全圆周位置的分辨率以及动态测试分辨率存在失真的技术问题，提出一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法，以实现全圆周的分辨率测试，并提高光电角度传感器分辨率测试的可靠性。

本发明提供一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法，包括：

步骤1，搭建光电角度传感器的分辨率测试系统；

所述分辨率测试系统，包括：电机、框架、第一级减速器、第二级减速器、联轴器和轴系；所述电机的输出端连接第一级减速器，所述第一级减速器的输出端连接第二级减速器，所述第二级减速器的输出端通过联轴器连接轴系；所述电机、第一级减速器、第二级减速器、联轴器同轴；所述轴系的定子安装在框架上，所述轴系的转子设置在轴系的定子内侧，所述轴系上配置待测试的光电角度传感器；

步骤2，光电角度传感器连接数据采集系统，给光电角度传感器上电，数据采集系统开始数据采集；

步骤3，以轴系转子的第一参考位置确定为启动位置，给电机通电，通过第一级减速器、第二级减速器、联轴器带动轴系转动，保证光电角度传感器的转子以稳定低速转动；待光电角度传感器的转子逆时针方向转动一整周后，结束采集，得到角度位置计数值；

步骤4，对步骤3得到的角度位置计数值，进行数据处理；

步骤401，根据光电角度传感器的分辨率与角度位置计数值的关系，确定每个数据所对应的角度位置；

所述光电角度传感器的分辨率与角度位置计数值的关系为：假设光电角度传感器的分辨率指标为n位，则全圆周360°被均分为2ⁿ份，每份的角度位置用计数值k表示，k＝1,2,3…2ⁿ；

步骤3所采集的计数值数据表示为{d_i}，{d_i}∈{k},i＝1,2,3…m；

其中：i表示数据顺序号；m表示数据总量，m＝f·T，且m＞2ⁿ，f表示采集频率，T表示采集时间；

步骤402，根据计数值数据{d_i}相邻两项的差值(d_i+1-d_i)，判断该角度位置的分辨率是否合格：当差值为0或1时，表示该角度位置的分辨率合格；当差值在一定角度范围连续超过阈值时，表示该角度区域的分辨率区域异常；当差值在极小的角度范围出现非连续的超过阈值时，表示该角度区域的分辨率极端异常；

步骤5，对步骤4中出现的区域异常和极端异常情况，进行异常值处理。

进一步的，在步骤2中，轴系不发生转动，如果所采集的角度位置计数值始终保持不变，则说明光电角度传感器此位置的分辨率合格；如果所采集的角度位置计数值发生变化，则说明光电角度传感器此位置的分辨率不合格。

进一步的，在步骤5中，对步骤4中出现的区域异常和极端异常情况，进行异常值处理，包括以下过程：

步骤501，如果判断出角度区域的分辨率极端异常，则根据异常位置，确定角度位置计数值，根据步骤401的对应关系可以得到出现异常的角度位置；

步骤502，将光电角度传感器转至该角度位置，保持静止，并将电机下电；采集此时的数据，如果所采集的角度位置计数值始终保持不变，则说明光电角度传感器此位置的分辨率合格；如果所采集的角度位置计数值发生变化，则说明光电角度传感器此位置的分辨率不合格；

步骤503，如果判断出角度区域的分辨率区域异常，则改变光电角度传感器相对轴系的位置，将轴系转子的第二参考位置确定为启动位置，再依次重复步骤2-步骤4；

步骤504，如果再次测试的结果发现超过阈值的幅值和范围不变，只是发生超过阈值的的角度位置变化，且变化与启动位置变化角度一致，则说明光电角度传感器的分辨率在该区域的分辨率合格；如果再次测试的结果发现超过阈值的的角度位置无变化，则光电角度传感器在该区域的分辨率不合格。

本发明提供的一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法，提高了光电角度传感器分辨率测试的可靠性。不仅实现了全圆周的分辨率测试，而且排除了电机及轴系等外界因素的干扰。所以也更加真实可靠的反映了光电角度传感器的产品性能指标。本专利大大提高了光电角度传感器分辨率测试的可靠性和效率，为产品设计、生产、检验等过程，提供了行之有效的技术保障手段，有助于提高产品性能和产品质量。

附图说明

图1是本发明提供的光电角度传感器分辨率的高精度测试方法的实现流程图；

图2是本发明提供的分辨率测试系统的结构示意图；

图3是是本发明提供的分辨率测试系统的俯视图(启动位置a)；

图4是本发明提供的分辨率测试系统的俯视图(启动位置b)；

图5是本发明提供的光电角度传感器分辨率的高精度测试方法得到的分辨率测试图(启动位置a)；

图6是本发明提供的光电角度传感器分辨率的高精度测试方法得到的分辨率测试图(启动位置b)。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

如图1所示，本发明实施例提供的光电角度传感器分辨率的高精度测试方法，包括以下过程：

步骤1，搭建光电角度传感器的分辨率测试系统。

如图2所示，所述分辨率测试系统，包括：电机1、框架2、第一级减速器3、第二级减速器4、联轴器5和轴系6。

所述电机1的输出端连接第一级减速器3，所述第一级减速器3的输出端连接第二级减速器4，所述第二级减速器4的输出端通过联轴器5连接轴系6；所述电机1、第一级减速器3、第二级减速器4、联轴器5同轴。所述轴系6的定子安装在框架2上，所述轴系6的转子设置在轴系6的定子内侧，所述轴系6上配置待测试的光电角度传感器7。

其中，电机1输出稳定旋转运动；第一级减速器3和第二级减速器4将电机1转速大大降低以实现准静态转动；联轴器5补偿减速器与轴系6的同轴关系；轴系6用于保证光电角度传感器7的转子与定子的相对位置关系。

要确保分辨率测试系统达到标准状态，即光电角度传感7的转子与定子的相对位置关系固定，同时光电角度传感7的转子与轴系6同轴。记下此时光电角度传感器7的转子标记位对应于轴系6的转子的位置a，如图3所示。

本实施例的所述分辨率测试系统应放置在大理石平台等稳定的工作平台上，隔绝环境振动的影响。

步骤2，光电角度传感器7连接数据采集系统，给光电角度传感器7上电，数据采集系统开始数据采集。此时轴系6不发生转动，所以此时相当于静态测试；如果所采集的角度位置计数值始终保持不变，则说明光电角度传感器7此位置的分辨率合格；如果所采集的角度位置计数值发生变化，则说明光电角度传感器7此位置的分辨率不合格。

步骤3，以轴系6转子的第一参考位置a确定为启动位置，给电机1通电，通过第一级减速器3、第二级减速器4、联轴器5带动轴系6转动，保证光电角度传感器7的转子以稳定低速转动。待光电角度传感器7的转子逆时针方向(角度增加)转动一整周后，结束采集，得到角度位置计数值。

步骤4，对步骤3得到的角度位置计数值，进行数据处理。

步骤401，根据光电角度传感器7的分辨率与角度位置计数值的关系，确定每个数据所对应的角度位置。

其中，分辨率与角度位置计数值的关系为：

假设光电角度传感器7的分辨率指标为n位，则全圆周360°被均分为2ⁿ份，每份的角度位置用计数值k表示，k＝1,2,3…2ⁿ。

步骤3所采集的计数值数据表示为{d_i}，{d_i}∈{k},i＝1,2,3…m；

其中：i表示数据顺序号；m表示数据总量，m＝f·T，且m＞2ⁿ，f表示采集频率，T表示采集时间。

所以可以根据计数值数据{d_i}的具体数值判断其对应的角度位置。

步骤402，根据计数值数据{d_i}相邻两项的差值(d_i+1-d_i)，判断该角度位置的分辨率是否合格。测试结果一般可以分为三种情况：

当差值为0或1时，表示该角度位置的分辨率合格；

当差值在一定角度范围连续超过阈值时，表示该角度区域的分辨率区域异常；

当差值在极小的角度范围出现非连续的超过阈值时，表示该角度区域的分辨率极端异常；

为了直观说明上述情况，可以利用采集数据绘制分辨率测试图，如图5所示。图中的x轴表示{d_i}相邻两项的差值的顺序号；y轴表示{d_i}相邻两项的差值，公式表示如下：

步骤5，对步骤4中出现的区域异常和极端异常情况，进行异常值处理。

步骤501，如果判断出角度区域的分辨率极端异常，即差值在极小的角度范围出现非连续的严重超差，可根据图中异常位置的x坐标，确定角度位置计数值d_x，根据步骤401的对应关系可以得到出现异常的角度位置。

步骤502，将光电角度传感器7转至该角度位置，保持静止，并将电机1下电。采集此时的数据，如果所采集的角度位置计数值始终保持不变，则说明光电角度传感器7此位置的分辨率合格，该“极端异常”可能由于干扰所致。如果所采集的角度位置计数值发生变化，则说明光电角度传感器7此位置的分辨率不合格。

步骤503，如果判断出角度区域的分辨率区域异常，即差值在一定角度范围连续超差，则改变光电角度传感器7相对轴系6的位置，将轴系6转子的第二参考位置b确定为启动位置，再依次重复步骤2-步骤4；

具体的，由图3状态变为图4状态，即启动位置由第一参考位置a改为第二参考位置b。

步骤504，如果再次测试的结果发现超过阈值的幅值和范围不变，只是发生超过阈值的的角度位置变化，且变化与启动位置变化角度一致，如图6所示，则说明光电角度传感器7的分辨率在该区域的分辨率合格，“区域异常”可能由于轴系等连接机构异常导致；如果再次测试的结果发现超过阈值的的角度位置无变化，则光电角度传感器在该区域的分辨率不合格。

本发明采用准静态与静态结合的方式测量光电角度传感器的分辨率性能指标。一方面实现全圆周的分辨率测试，另一方面避免了电机及轴系等外在因素对测试的干扰。首先搭建测试系统。用减速器连接电机与轴系，轴系上装有光电角度传感器，传感器连接数据采集及处理系统。然后电机通过减速器及轴系带动光电角度传感器以极低的转速稳定转动，从而实现一个准静态状态。在此状态下采集和记录光电角度传感器的输出角度计数值。之后进行数据处理，绘制图表，找到分辨率异常的区域或位置。最后，根据分辨率异常的类型不同，采用不同的方法再次测试，从而判断异常原因，进而判断光电角度传感器分辨率是否合格。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种光电角度传感器分辨率的高精度测试方法，其特征在于，包括：

步骤1，搭建光电角度传感器的分辨率测试系统；

所述分辨率测试系统，包括：电机(1)、框架(2)、第一级减速器(3)、第二级减速器(4)、联轴器(5)和轴系(6)；所述电机(1)的输出端连接第一级减速器(3)，所述第一级减速器(3)的输出端连接第二级减速器(4)，所述第二级减速器(4)的输出端通过联轴器(5)连接轴系(6)；所述电机(1)、第一级减速器(3)、第二级减速器(4)、联轴器(5)同轴；所述轴系(6)的定子安装在框架(2)上，所述轴系(6)的转子设置在轴系(6)的定子内侧，所述轴系(6)上配置待测试的光电角度传感器(7)；

步骤2，光电角度传感器(7)连接数据采集系统，给光电角度传感器(7)上电，数据采集系统开始数据采集；

步骤3，以轴系(6)转子的第一参考位置确定为启动位置，给电机(1)通电，通过第一级减速器(3)、第二级减速器(4)、联轴器(5)带动轴系(6)转动，保证光电角度传感器(7)的转子以稳定低速转动；待光电角度传感器(7)的转子逆时针方向转动一整周后，结束采集，得到角度位置计数值；

步骤4，对步骤3得到的角度位置计数值，进行数据处理；

步骤401，根据光电角度传感器(7)的分辨率与角度位置计数值的关系，确定每个数据所对应的角度位置；

所述光电角度传感器(7)的分辨率与角度位置计数值的关系为：假设光电角度传感器(7)的分辨率指标为n位，则全圆周360°被均分为2ⁿ份，每份的角度位置用计数值k表示，k＝1,2,3…2ⁿ；

步骤3所采集的计数值数据表示为{d_i}，{d_i}∈{k},i＝1,2,3…m；

其中：i表示数据顺序号；m表示数据总量，m＝f·T，且m＞2ⁿ，f表示采集频率，T表示采集时间；

步骤402，根据计数值数据{d_i}相邻两项的差值(d_i+1-d_i)，判断该角度位置的分辨率是否合格：当差值为0或1时，表示该角度位置的分辨率合格；当差值在一定角度范围连续超过阈值时，表示该角度区域的分辨率区域异常；当差值在极小的角度范围出现非连续的超过阈值时，表示该角度区域的分辨率极端异常；

步骤5，对步骤4中出现的区域异常和极端异常情况，进行异常值处理，包括以下过程：

步骤501，如果判断出角度区域的分辨率极端异常，则根据异常位置，确定角度位置计数值，根据步骤401的对应关系可以得到出现异常的角度位置；

步骤502，将光电角度传感器(7)转至该角度位置，保持静止，并将电机(1)下电；采集此时的数据，如果所采集的角度位置计数值始终保持不变，则说明光电角度传感器(7)此位置的分辨率合格；如果所采集的角度位置计数值发生变化，则说明光电角度传感器(7)此位置的分辨率不合格；

步骤503，如果判断出角度区域的分辨率区域异常，则改变光电角度传感器(7)相对轴系(6)的位置，将轴系(6)转子的第二参考位置确定为启动位置，再依次重复步骤2-步骤4；

步骤504，如果再次测试的结果发现超过阈值的幅值和范围不变，只是发生超过阈值的的角度位置变化，且变化与启动位置变化角度一致，则说明光电角度传感器(7)的分辨率在该区域的分辨率合格；如果再次测试的结果发现超过阈值的的角度位置无变化，则光电角度传感器在该区域的分辨率不合格。

2.根据权利要求1所述的光电角度传感器分辨率的高精度测试方法，其特征在于，在步骤2中，轴系(6)不发生转动，如果所采集的角度位置计数值始终保持不变，则说明光电角度传感器(7)此位置的分辨率合格；如果所采集的角度位置计数值发生变化，则说明光电角度传感器(7)此位置的分辨率不合格。

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