CN2059750U

CN2059750U - 增量型循环编码式鉴向计数装置

Info

Publication number: CN2059750U
Application number: CN 89219921
Authority: CN
Inventors: 罗生军; 王逢庆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-18
Filing date: 1989-11-18
Publication date: 1990-07-25

Abstract

本装置由码盘(1)、检测头(3)及鉴向计数电路等组成。在码盘(1)的一个特定码道上设置有标志(2)，装有三个敏感元件(4)的检测头(3)固定地定装在与码盘(1)平行的位置上，敏感元件(4)分布在码道同径同轴心的圆周上。由于敏感元件(4)之间的夹角与标志(2)之间的夹角不同，当码盘(1)转动时，通过刘敏感元件(4)与标志(2)之间的相对位置关系所确定的状态进行数字编码等处理而产生有向的计数脉冲，并由此确定码盘(1)的转动方向及相对于某一基准的角位移量。

Description

本实用新型属于传感器技术领域，特别涉及一种数字编码器。

数字编码器通常有两种型式，即绝对式编码器和增量式计数编码器。

绝对式编码器是一种具有多个码道的码盘，在码道的等分扇区上逐个地按照二进制数的特征给出表示“0”和“1”的两种指示状态，同一扇区上的码道数决定着相应的二进制数码的位数，而各码道上的“0”、“1”组合则构成一个与该扇区位置相对应的确定值，通过敏感元件对转动的码盘上的各码道的检测即可得到一个确定的与码盘转动位置完全对应的二进制数，进而确定码盘的角位移量。这种型式的编码器，其分辩率完全取决于码道的数目，而增加码道须相应地增大码盘尺寸并增加敏感元件的数目，同时为解决错码，除采用循环码的方式外，通常还采用扫描法，但这又将几乎成倍地增加敏感元件及相应的处理电路，此外，单个码盘并不能测取一转以上的绝对角位移量。

增量式计数编码器亦由码盘、敏感元件和信号处理电路等所组成，但其码盘的构造较绝对式编码器简单，通常是在码盘上设置内外两种轨道，内轨道为一单独标志的扇区，亦称基准轨道。外轨道有两个，第一个轨道是增量计数轨道，根据分辨率的大小，在轨道上等分相应的扇区，相邻的扇区则标志出“0”和“1”两种指示状态，并由敏感元件进行识别和检测，码盘转动时，所检测出的结果为一可供计数的序列脉冲，第二个轨道是方向轨道，它与计数轨道有相同数目的扇区，但在位置上则相对于计数轨道平移半个扇角即 1/2 θ。这样分别由两个轨道产生的序列脉冲信号在相位上恰好相差90°的相角。因此，经信号处理电路的鉴别即可判别出码盘的转动方向并相应地增减计数基值。另外，这种编码器的外轨道也可采用单轨形式，也就是将分别用于计数和鉴向的两个敏感元件置于同一轨道上，并使其所成夹角为：

ψ＝（2K± 1/2 ）θ K＝1，2，……

从而获得相差为90°的两路序列脉冲。

对于增量式编码器的码盘，若其单位扇角为θ，即圆角上的等分扇区数为N＝ (360°)/(θ) ，假如以布孔作为“0”或“1”的标志，则布孔数为：

n＝ 1/2 N＝ (180°)/(θ)

显然，序列脉冲的周期就是两个标志孔之间的夹角即2θ，也就是说最小分辨率为2θ。

由此可见，增量式编码器尽管基本结构简单，所用敏感元件亦少，但标志（孔）较多，且分辨率仅为2个单位扇角，此外，无论是双轨还是单轨，为实现鉴向，必须使双轨中的两个轨道上的标志相互错开半个单位扇角或使单轨中的两个敏感元件所成的夹角为2K± 1/2 θ，显然，当码盘尺寸及单位扇角较小时，不仅会造成工艺上的复杂与困难，同时，也会增加信号处理上的难度。

本实用新型之目的就是针对上述情况，寻求一种立足于当前技术条件，并在结构和工艺上更为简便而又有广泛的应用领域，且便于普及而又经济实用的鉴向计数装置。

本装置主要由码盘［1］、检测头［3］和鉴向计数及译码显示电路等组成。其中码盘［1］采用单码道形式，根据分辨率、码盘［1］尺寸及敏感元件［4］的大小，在码盘［1］上等分出扇区，若单位扇角为θ，则等分的扇区数目为：

N＝ (360°)/(θ)

在特定的码盘［1］码道上，以每三个单位扇角3θ为一个周期加以标志［2］，此处以布孔为例，并称之为盘孔［2］，则孔数为：

n＝ 1/3 N＝ (120°)/(θ)

显然，两个标志［2］之间的夹角即盘孔角为：

α＝3θ

检测头［3］为一固定结构，安装在与码盘［1］相平行的位置上，其中的三个敏感元件［4］A、B、C（此处亦以孔表示，称为测孔［4］）分别安装在与码盘［1］上的标志［2］所在的码道同径、同轴心的圆周上，它们之间的夹角即测孔角为：

ψ＝2Kθ K＝1，2，…

若盘孔［1］与测孔［4］同径，则其孔径D_k与码盘［1］上码道的直径D₉及单位扇角θ之间的关系为：

D_k≤D₉sin (θ)/2

码盘［1］及检测头［3］的结构示意参见附图1

在码盘［1］转动的任一位置，对于测孔［4］和盘孔［2］的对应关系，若以两孔重叠表示为二进制数“1”，不重叠表示为二进制数“0”，那么，在三个测孔［4］处可检测到一个三位的二进制数码。当码盘［1］连续转动时，所得到的是一个很有规律并且循环出现的三位二进制数码序列，并且码盘［1］每转过一个盘孔角α也就是三个单位扇角，就重复地出现一组完全相同的二进制数码。

对于其中仅有一个测孔［4］与盘孔［1］重叠而另外两个测孔［4］不与盘孔［2］重叠的状态称为确定状态，以数码表示即为：

100，010，001

对于出现两个测孔［4］同时与两个盘孔［2］部分重叠的状态称为过渡状态，以数码表示为：

110，011，101

如果三个测孔［4］都不与盘孔［2］发生重叠，那么，数码的状态一定是：

000

在循环出现的三位二进制数码中，三个确定状态与过渡状态是相间而又有序地排列出现的，例如：

…，100，110，010，011，001，101，100，110，010，…

其规律在于，当码盘［1］每转过一个盘孔角α（α＝3θ）时，确定状态循环一次，而码盘［1］每转过一个单位扇角θ（θ＝ 1/3 α）时，则有序地改变其中的一个确定状态，而这种状态改变的有序性又完全对应了码盘［1］的相对位置及转动方向。

本实用新型之简单实施例略述如下：

码盘［1］及检测头［3］可用金属板进行加工并简便地安装在一起，如附图1所示，其中，码盘［1］上设置有12个标志［2］即盘孔［2］，标志［2］之间的夹角即盘孔角α为30°，单位扇角θ为10°，检测头［3］上三个敏感元件［4］相互间的夹角即测孔角ψ为40°，敏感元件［4］采用三对光电发射与接收管，并接入信号检出电路［5］，由其所检出的状态信号Y_A、Y_B、Y_C又接到鉴向电路［6］，经鉴向电路［6］处理后输出双向的计数脉冲P₁或P₂（包括单向的计数脉冲P），再经可逆计数及译码等电路的处理即可进行显示或记录。

本实施例中，当码盘［1］每转过10°即由鉴向电路［6］输出一个有向计数脉冲，即分辨率为10°。

在实际应用中，本装置可视其应用场合及具体的技术要求进行设计。

综上所述，本实用新型之主要特点在于：采用了单码道的码盘，有利于减小码盘尺寸；因盘孔角α为3θ，与增量式编码器相比，标志（孔）数减少了三分之一；采用具有三个敏感元件的检测头及循环有序的三位二进制码，不但具有双向计数功能且分辨率更高，即至少可分辨一个单位扇角，这比增量式编码器提高了一倍；测孔角取2K个单位扇角有利于敏感元件的定位与安装，并相应地简化了制作工艺；而且本装置在利用编码的形式产生计数信号并同时进行鉴向方面，还具有编码本身及鉴向计数可不受过渡状态影响的优点，故可靠性更好；其电气部分在采用中、大规模集成电路及相应技术的情况下，可实现微型化，实用性很强；同时还可使整体结构简单紧凑；在相同的条件下，本装置对工艺和技术的要求较现有的增量式编码器简单，并且，现有应用于编码器的大部分技术也同样适用于本装置。

本实用新型的产生将给许多技术领域的检测和控制带来方便，不但可以低成本地实现许多检测与传感装置的数字化，例如位移计、角度计及各种测速装置，双向开关等等，同时，直接的数字输出方式，可省去成本较高的模数转换装置，也使抗干扰能力增强，而且，由于减少了中间环节，不仅有利于提高精度，还可使许多传感与检测装置与各种控制设备及计算机等的联接更为直接和方便。

附图说明：

附图1为码盘及检测头结构示意。其中

1－码盘；

2－标志（盘孔）；

3－检测头；

4－敏感元件（测孔）。

附图2为部分位置处理电路原理图，其中

5－信号检出电路；

6－鉴向电路。

Claims

一种由码盘[1]、检测头[3]和鉴向计数及译码显示电路等所组成的增量型循环编码式鉴向计数装置，在码盘[1]的一个特定码道上设置有一定数量的标志[2]，且码盘[1]为转动件，装有一定数量的敏感元件[4]的检测头[3]固定地安装在与码盘[1]平行的位置上，检测头[3]上的敏感元件[4]分布在与码盘[1]上的标志[2]所在的码道同径同轴心的圆周上，本装置的特征在于：在所述的码盘[1]上所设置的标志[2]和与其相邻的标志[2]之间的夹角为三个单位扇角即3θ；在所述的检测头[3]上所设置的敏感元件[4]为三个，并且，所述敏感元件[4]和与其相邻的敏感元件[4]之间的夹角为2Kθ，其中K=1，2。