NL8005745A

NL8005745A - METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING DIGITAL MEASUREMENTS OF INCREMENTALLY DIVIDED TRACK ANGLES.

Info

Publication number: NL8005745A
Application number: NL8005745A
Authority: NL
Original assignee: Hottinger Messtechnik Baldwin
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1981-04-22
Also published as: CH650334A5; DE2942080A1; GB2061523A; GB2061523B; DE2942080C2

Description

ψ «- * i i β νο 0558ψ «- * i i β νο 0558

Titel : Werkwijze en inrichting voor het digitaal meten van incre- menteel onderverdeelde haan- of draaihoeken _Title: Method and device for the digital measurement of incrementally divided rooster or rotation angles _

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het digitaal meten van increment eel onderverdeelde haan- of draaihoeken, die met gebruikmaking van twee over een kwart-periode ten opzichte van elkaar verschoven opnemers worden afgetast, waarbij de uit-5 gangssignalen van deze opnemers ongeveer sinus- respectievelijk cosinusvormig zijn.The invention relates to a method and apparatus for the digital measurement of incrementally subdivided cock or rotational angles, which are scanned using two sensors which are shifted by a quarter period relative to each other, the output signals of these sensors be approximately sine and cosine-shaped.

Een dergelijke werkwijze is bijvoorbeeld bekend uit het DE-AS 25 10 113. Daarbij dienen de met zulke bekende werkwijze verkregen signalen door speciale schakeling-technische maatregelen te worden bexn-10 vloed, waarbij het mogelijk is een en ander als een geïntegreerde keten xn MOS-techniek uit te voeren.Such a method is known, for example, from DE-AS 25 10 113. The signals obtained with such a known method must be influenced by special circuit-technical measures, whereby it is possible to do this as an integrated circuit xn MOS technique.

Verder is een dergelijke werkwijze bijvoorbeeld bekend uit het DE-OS 27 2 9 697. Volgens deze bekende techniek wordt een incrementeel onderverdeeld traject zodanig af get ast, dat de traj ect-af hankeli jke 15 uitgangssignalen sinusvormig, respectievelijk cosinusvormig zijn. Deze uitgangssignalen worden vervormd tot kanteelvormige signalen en toegevoerd aan een teller die deze signalen in afhankelijkheid van de tel- · richting invoert in een teller, waarvan de stand correspondeert met het onderzochte traject.Furthermore, such a method is known, for example, from DE-OS 27 2 9 697. According to this known technique, an incrementally subdivided trajectory is sensed such that the trajectory-dependent output signals are sinusoidal and cosinusoidal, respectively. These output signals are deformed into crenellated signals and fed to a counter which, in dependence on the counting direction, feeds these signals into a counter, the position of which corresponds to the examined range.

20 Deze door de stand van de techniek gegeven werkwijze is bijzon der eenvoudig, hetgeen eveneens geldt voor de constructieve uitvoering van een voor het toepassen van deze werkwijze geschikte keteninrichting. Eaarmate het oplossend vermogen wordt vergroot neemt de gecompliceerdheid van de keteninrichting echter sterk toe, zodat bij oplossende verrno-25 gans, gegeven door een verhouding groter dan 1 : 20, deze werkwijze in de praktijk niet meer toepasbaar is.This method given by the prior art is particularly simple, which also applies to the constructional design of a chain device suitable for applying this method. However, as the resolving power is increased, the complexity of the chain arrangement increases sharply, so that in the case of the dissolving composite goose given by a ratio greater than 1:20, this method is no longer applicable in practice.

Met de uitvinding is nu beoogd om een bijzonder hoog oplossend vermogen van het incrementeel onderverdeelde baantraject mogelijk te maken met een relatief eenvoudige keteninrichting.The object of the invention is now to enable a particularly high resolution of the incrementally subdivided track range with a relatively simple chain arrangement.

30 Deze doelstelling wordt volgens de uitvinding daardoor bereikt, dat twee over 90° ten opzichte van elkaar in faze verschoven wisselspanningen uit de systeemklok en via een voorafbepaalde deelverhouding worden gevormd; deze wisselspanningen moduleren de uitgangssignalen en de resultaten worden in aansluiting hierop opgeteld; een aldus ontstane 8005745 — 2 , ' spaimingsr7ector,~~ waarvan de frequentie gelijk is aan die van de gedeel de wisselspanningen, wordt in faze gedemoduleerd, waartoe een referen-ti'esignaal door omzetting van de gedemoduleerde spanning als een puls-reeks beschikbaar wordt gesteld, die telr ichting-afhankelijk bij de 5 klokpulsen wordt opgeteld, respectievelijk daarvan afgetrokken en met de voorafbepaalde de elverhouding wordt gedeeld; waarbij bet aantal van de pulsen van de pulsreeks telricbting-afhankelijk wordt geteld. Wanneer de voorafbepaalde deelverhouding trapsgewijs wordt ingesteld, kan bet oplossend vermogen door keuze van een passende deelfactor op eenvoudige 10'. . wijze worden vastgelegd.According to the invention, this object is achieved in that two phase voltages shifted by 90 ° relative to each other are formed from the system clock and via a predetermined partial ratio; these AC voltages modulate the output signals and the results are added thereafter; a thus generated 8005745-2, panning detector, the frequency of which is equal to that of the portion of the alternating voltages, is phase-demodulated, for which purpose a reference signal becomes available as a pulse train by converting the demodulated voltage. Suppose that the direction is added to or subtracted from the 5 clock pulses in accordance with the predetermined el ratio; the number of the pulses of the pulse sequence being counted depending on the count. When the predetermined dividing ratio is set in steps, the resolving power can be set to simple 10 'by selecting an appropriate dividing factor. . be recorded in a manner.

Een voor bet toepassen van de werkwijze dienende inrichting met een keteninrichting, voorzien van twee over een kwart periode ten opzichte van elkaar verschoven opnemers, waarvan de uitgangssignalen ongeveer sinus- respectievelijk cosinusvormig· zijn, is volgens de uitvinding in ..15- het bijzonder, dan daartoe geschikt, wanneer met een eerste kloksignaal-gever via een eerste deler met een voor af gegeven deelverbouding, is verbonden een pulsvormer, waarvan de twee uitgangen, die over 90^ ten 'opzichte van elkaar in faze verschoven signalen kunnen afgeven, zijn verbonden met een modulatie-inricbting, waarvan de andere ingangen zijn 2Q gekoppeld met de opnemers, waarbij de uitgangssignalen van de modulatie- inrichtingen worden toegevoerd aan een optelinrichting die via een band— doorlatend filter een fazegevoelige demodulator bestuurt, waarvan de uitgang is verbonden met een pulsgeneratortrap, die pulsen telrichting-afhankelijk enerzijds aan een teller en anderzijds aan een pulsopteller/ 25 aftrekkertrap toevoert, waarvan de tweede ingang is verbonden met de klokpulsgever, waarbij de uitgang van de pulsopteller/aftrektrap via een verdere deler, waarvan de deelverhouding gelijk is aan die van de eerste deler, is gekoppeld met de referentie-ingang van de fazegevoelige demodulator .According to the invention, a device with a circuit device serving for applying the method, comprising two sensors which are shifted relative to each other over a quarter period, the output signals of which are approximately sine and cosine-shaped, in particular. suitable therefor when a pulse former is connected to a first clock signal transmitter via a first divider with a predetermined partial ratio, the two outputs of which are capable of supplying phase shifted signals 90 ° relative to each other. with a modulation device, the other inputs of which are coupled to the sensors, the outputs of the modulation devices being supplied to an adder which controls a phase-sensitive demodulator via a band-pass filter, the output of which is connected to a pulse generator stage , which pulses depend on the counting direction on the one hand on a counter and on the other hand on a pulse adder / 25 subtractor stage, the second input of which is connected to the clock pulse generator, the output of the pulse adder / subtractor via a further divider, the division ratio of which is equal to that of the first divider, is coupled to the reference input of the phase-sensitive demodulator.

een 30 Wezenlijke voordelen van/ volgens de uitvinding voorgestelde conti- nuwerkvijze en de daartoe dienende keteninricbting zijn daarin te zien, dat met eenvoudige middelen zeer hoge oplossende vermogens bij een rustige aanwijzing kunnen worden bereikt, dat op eenvoudige meerdere te kiezen deelfactoren kunnen worden geïntroduceerd, en dat bij willekeu-35 rige posities van de opnemers de waarde zonder moeite op nul kan worden gesteld.A substantial advantage of the continuous method proposed according to the invention and the associated chain arrangement can be seen in that very high resolving powers can be achieved by simple means with a quiet indication that simple multiple selectable partial factors can be introduced, and that at random positions of the sensors the value can be effortlessly reset to zero.

De uitvinding zal in bet onderstaande nader worden toegelicbt 8005745 'r- ‘ 3 met verwijzing naar- de tekening, waarin een. keteninrichting voor het toepassen van. de werkwijze volgens de uitvinding schematisch is weer— -· gegeven, .The invention will be explained in more detail below 8005745 "3" with reference to the drawing, in which a. chain device for the application of. the method according to the invention is schematically shown,.

Een voor'Bet af geven van een hoge klokfrequentie ingerichte 5 kloksignaalbrón. 1 voert de klokpulsen toe aan een eerste deler 2, die werkzaam'is om de frequentie van de daaraan toegevoerde pulsen met een voorafbepaalde deelverhouding (Bijvoorbeeld 1000:1) te delen. De· aldus in frequentie gedeelde pulsen worden toegevoerd aan een pulsvormer 3» Bijvoorbeeld een sinusgolfvormer, waarvan elk van de uitgangen is ver-. 10. Bonden met een ingang van een Bijbehorende modulatie—inrichting b enA 5 clock signal source for supplying a high clock frequency. 1 supplies the clock pulses to a first divider 2, which operates to divide the frequency of the pulses applied thereto by a predetermined division ratio (for example, 1000: 1). The pulses thus divided in frequency are applied to a pulse former 3, for example a sine wave former, each of the outputs of which is converted. 10. Bonds with an input of an Associated modulation device b and

5y welke modulatie-inrichtingen Bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als vermenigvuldigers, De desbetreffende andere ingangen van deze modulatie-inrichtingen ontvangen, respectievelijk sinusvormige en cosinusvormige uitgangssignalen, die over een kwart periode ten opzichte van elkaar 1 ü zijn verschoven. De uitgangssignalen, van de modulatie-inrichtingen U5y, which modulation devices are, for example, designed as multipliers. The respective other inputs of these modulation devices receive sine-shaped and cosine-shaped output signals, respectively, which are shifted 1 µ with respect to each other. The output signals of the modulation devices U.

en 5 worden toegevoerd aan een optelinrichting 6, waarvan het uitgangssignaal is gegeven als·, een gemoduleerde spanning, bijvoorbeeld een si-. ausspanning met de frequentie van de uitgangsspanningen van de pulsvormer,. echter met een andere fazehoek. Deze fazehoek is een maat voor de 2Q Baan Binnen een rastergedeelte van het incrementeel onderverdeelde Λ *and 5 are supplied to an adder 6, the output signal of which is given as ·, a modulated voltage, for example a si. voltage with the frequency of the pulse generator output voltages ,. however with a different phase angle. This phase angle is a measure of the 2Q Orbit Within a grid portion of the incrementally subdivided Λ *

Baantraj eet,Job Traj eats,

Wanneer de pulsvormer in plaats van sinusvormige pulsen kanteel-vermige pulsen afgeeft, wordt tussen de optelinrichting 6 en de demodulator 7 een in de tekening niet’ weergegeven Banddoorlatend filter aange-25 Bracht, dat in wezen slechts de modulatieprodukten van.de eerste harmo— nisehen. van de door deling omlaag gebrachte pulsfrequentie doorlaat.When instead of sinusoidal pulses, the pulse shaper delivers tilting-type pulses, a band-pass filter, not shown in the drawing, is applied between the adder 6 and the demodulator 7, which essentially only modulates the products of the first harmonics. . of the pulse rate lowered by division.

Door di't filter worden de hoogfrequente modulatieprodukten, die zijn ontstaan door de kanteelvormige pulsen uitgefilterd, zodat ook nu een gemoduleerde sinusspanning met een frequentie die ongeveer gelijk is 30 aan die van de in-frequentie gedeelde pulsen aanwezig is.This filter filters out the high-frequency modulation products resulting from the square-wave pulses, so that a modulated sine voltage with a frequency approximately equal to that of the frequency-divided pulses is also present.

De gemoduleerde sinusspanning wordt toegevoerd aan een fazege-voelige demodulator 7» waarvoor de referentiespanning wordt afgeleid uit • de kloksignaalbron en via een pulsopteller/aftrektrap 11 en een tweede deler 12', waarvan de voorafgegeven deelverhouding gelijk is aan die van 35 de eerste deler 2 (bijvoorbeeld 1000:1). De uitgangsspanning van de demodulator 7 wordt toegevoerd aan een laagdoorlatend filter 8. In plaats van dit laagdoorlatend filter 8 kan een integrator worden toegepast. De 8005745 k aldus afgeylakts spanning komt vervolgens terecht bij een, pulsgenerator-trap 9* cLi'e als. spannings-frequentie-omzetter‘kan zijn uit gevoerd. Bij een alternatieve uitvoeringsvorm van deze omzetter 9 kan gebruik worden gemaakt van een generator met vaste frequentie en waarvan de uitgang in . 5 afhankelijkheid van een ingangssignaal kan worden geschakeld.The modulated sine voltage is applied to a phase-sensitive demodulator 7, for which the reference voltage is derived from the clock signal source and via a pulse adder / subtractor 11 and a second divider 12 ', the predetermined division ratio of which is equal to that of the first divider 2. (e.g. 1000: 1). The output voltage of demodulator 7 is supplied to a low-pass filter 8. An integrator can be used instead of this low-pass filter 8. The 8005745 k voltage thus marked off then arrives at a pulse generator stage 9 * cLi'e as. voltage-frequency converter "may be outputted. In an alternative embodiment of this converter 9 use can be made of a fixed frequency generator, the output of which is in. 5 dependence on an input signal can be switched.

Al. naar gelang van de polariteit van het ingangssignaal brengt de pulsgeneratortrap 9 een telrichtingssignaal teweeg voor de daarachter aangesloten teller 10', die derhalve de uitgangssignalen van deze trap 9 telriehting-afhankelijk telt. De uitgangssignalen van de pulsgenerator— jQ_ trap 9 worden bovendien toegevoerd aan de pulsoptel/aftrektrap 11, waarvan de andere ingang, zoals reeds aangegeven, is verbonden met de systeemklaksignaalbron 1.Already. depending on the polarity of the input signal, the pulse generator stage 9 generates a counting direction signal for the counter 10 'connected thereafter, which therefore counts the outputs of this stage 9 depending on the count. In addition, the output signals of the pulse generator -JQ_ stage 9 are applied to the pulse add / subtract stage 11, the other input of which, as already indicated, is connected to the system clack signal source 1.

De in het voorafgaande amschreven .keteninrichting werkt als volgt: In de· rusttoestand staat de baangever stil,. d.w.z. de uitgangs— 15". signalen daarvan veranderen niet. In plaats van een baangever kan vanzelf sprekend elke andere vorm van gever met een incrementeel onderverdeeld baantraject worden toegepast,, zoals bijvoorbeeld een draaihoek-gever. Wanneer de fazestand van de gemoduleerde spanning nauwkeurig over 90°t.o.v. de fazestand van de referentiespanning is verschoven, is 20 de uitgangs spanning van de. demodulator 7 gelijk aan nul, de spannings- frequentie-cmzetter 9 geeft geen pulsen af, en de keteninrichting bevindt zich in de evenwichtstoestand.. Wanneer het fazeverschil tussen de ge -moduleerde spanning en de referentiespanning echter van 90° afwijkt, geeft de demodulator 7 al naar gelang het voorteken van. de faze -afwij-23' king, een positieve of een negatieve uitgangsspanning af, die door het laagdoorlatend filter 8 wordt afgevlakt. De hierop volgende omzetter 9 geeft bij ingangsspanningen, die van nul afwijken, pulsreeksen af en al naar gelang de polariteit van de ingangs spanning eventueel bovendien een telriehtingssignaal. In de pulsoptel/aftrektrap 11 worden deze telimpulsen 30 in afhankelijkheid van de telrichtingsinformatie opgeteld bij of afgetrokken van de pulsen met de hoge klokfrequentie en zoals afkomstig van de kloksignaalbron 1. De uitgangspulsfrequentie van deze trap wordt na door de vooraf gegeven deelfactor te zijn gedeeld als referentiesignaal voor de demodulator 7 gebruikt. De pulsen van de omzetter 9 worden derhal-35 ve zodanig afgegeven, dat de fazestand van de referentiespanning in dezelfde zin als die van de gemoduleerde spanning verandert, en wel zolang totdat het fazeverschil tussen de gemoduleerde spanning en de refe- 8005745 5 rentiespaiming opnieuw-' exact 90° "bedraagt.The chain arrangement described in the foregoing operates as follows: In the idle state, the track generator is stationary. that is, the output signals thereof do not change. It is obvious that any other type of transducer with an incrementally subdivided path can be used instead of a track transducer, such as, for example, a rotation angle transducer. 90 ° relative to the phase position of the reference voltage has shifted, the output voltage of the demodulator 7 is zero, the voltage frequency converter 9 does not give out pulses, and the circuit arrangement is in the equilibrium state. however, between the modulated voltage and the reference voltage deviates from 90 °, the demodulator 7 outputs, depending on the sign of the phase deviation, a positive or a negative output voltage which is supplied by the low-pass filter 8 smoothed The subsequent converter 9 supplies pulse series at input voltages which deviate from zero and according to the polarity of the input voltage optionally additionally a telephoto signal. In the pulse add / subtract stage 11, these count pulses 30 are added to or subtracted from the high clock frequency pulses depending on the counting direction information and as from the clock signal source 1. The output pulse frequency of this stage is divided by the predetermined dividing factor as reference signal for the demodulator 7 is used. The pulses of the converter 9 are therefore delivered in such a way that the phase position of the reference voltage changes in the same sense as that of the modulated voltage, until the phase difference between the modulated voltage and the reference spacing resumes. is exactly 90 °.

De uitgangssignalen Tan de omzetter 9 worden toegevoerd aan de teller 10’, die al naar gelang Bet teirichtingssignaal per impuls van de omzetter 9 eenmaal Tooruit of achteruit telt, met andere woorden, de pul-. 5 . sen -van de omzetter 9 worden in de teller 10 telrichting-afhankelijk gere-, gistreerd. Een. rast erverdeling Tan het increment eel onderverdeelde baan— . . traject, correspondeert met een rerschuiring van de fazehoek over 2 // .The output signals to the converter 9 are applied to the counter 10, which, depending on the direction of the signal per pulse from the converter 9, counts once Tooruit or reverse, in other words, the pulse. 5. The converter 9 is recorded in counter 10 depending on the counting direction. A. grid division Tan the increment subdivided lane—. . trajectory, corresponds to a reversal of the phase angle by 2 //.

Voor deze fazeverschuiving zijn precies even zoveel pulsen van de omzetter 9 Ter eist als de deelfactor van de delers 2 en 12 groot is, hetgeen 10. hij het "behandelde voorbeeld derhalve neerkcmt op T000.pulsen. Wanneer . - door de teller 10 een puls wordt geteld is het incrementeel onderver deelde haantraject derhalve cvereen-duizendste rasterdeel verschoven, : . waarbij het voorteken van de teller 10 chaihil]' ie richting van de verschuiving aangeeft.For this phase shift, exactly as many pulses from the converter 9 are required, as the dividing factor of the divisors 2 and 12 is large, which therefore 10. reduces the treated example to T000 pulses. When - by the counter 10 a pulse Therefore, the incrementally subdivided rooster trajectory is shifted by one-thousandth of the raster portion, the sign of the counter 10 indicating direction of the shift.

15 . Aangezien een oplossing van een deelraster van het incrementeel onderverdeelde haantraject op eenvoudige wijze door de keuze van een passende deelfactor van de delers 2 en 12 kan worden vastgelegd, kunnen andere oplossende vermogens op bijzonder eenvoudige wijze worden ingesteld.15. Since a solution of a sub-grid of the incrementally subdivided rooster trajectory can be determined in a simple manner by selecting an appropriate dividing factor of dividers 2 and 12, other resolving powers can be set in a particularly simple manner.

20 800574520 8005745

Claims

1. Method 'for the digital measurement of incrementally subdivided Laanaf scenarios, which are two by one. Sensors which are shifted relative to each other by a quarter are scanned, the sensor of which the output signals are approximately sinusoidal and co-sirtus-shaped, respectively, characterized in that two phase in 90 ° with respect to each other. shifted AC voltages, starting from the system clock signal and through a predetermined division ratio, are formed. signals modulate the output signals and the results are added thereafter; a voltage-10 'thus caused. vector whose frequency is equal to that of the frequency-reduced alternating voltages, is phase-sensitive demodulated, for which purpose a reference signal is made available by converting the demodulated voltage as a series of pulses, which are added and subtracted in counting direction, respectively. of the clock signal pulses and which pulses are divided in frequency with the predetermined partial ratio; and counting the number of the pulses of the pulse train count direction-dependent.

Method according to claim 1, characterized in that the alternating voltages shifted through 90 ° in phase are sinusoidal and the modulation 20 is given as a multiplication operation.

Method according to claim 1, characterized in that the alternating voltages shifted by 90 ° in phase are crenellated. it-. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined partial ratio is adjustable in steps. Chain arrangement for applying the method according to claim 1, wherein two sensors which are displaced over a quarter period relative to each other can sense the respective track or rotation angles and the output signals of these sensors are approximately sinusoidal and cosine-shaped, respectively. characterized in that a pulse shaper (3) is connected to a system clock signal source (1) and via a first divider (2) with a predetermined division ratio, the two outputs of which are phase-shifted signals 90 ° relative to each other output, are connected to modulation devices (J +, 5) s whose corresponding other inputs receive signals from the sensors, the outputs of the modulation devices (U, 5} are connected to an 8005745 jC s (6}, which - via a bandpass end filter - controls a phase-sensitive demodulator (7l ', the demodulator of which the output is connected • to a pulse generator stage (9) * which counts-a applies dependent pulses on the one hand to a counter (10) and on the other hand to a pulse adder / subtractor stage (11), a second input of which is connected to the system clock signal source. (1); and. the exit from. the pulse add / subtract stage (11) is connected to the reference input of the phase-sensitive demodulator via a further divider (12'J, the division ratio of which is equal to that of the first divider (2)). (7).

Chain arrangement according to claim 5, characterized in that the pulse. former (3-1) is adapted to output sinusoidal signals, and the modulating devices (.hy 5i are multipliers. 7. Chain arrangement according to claim 5, characterized in that the pulse former (3) is arranged 8. For supplying a crenellated signal 8. Chain device according to claim 5> 6 or 7, characterized in that the pulse generator stage (9) is designed as a voltage-frequency converter.

Chain device according to claim 55, 6 or 7, characterized in that the pulse generator stage (9) comprises a generator for supplying a fixed frequency, the generator of which the output signal can be switched in dependence on an input signal.

Chain arrangement according to one of the preceding claims 5-9, characterized in that a low-pass filter (8) is arranged between the phase-sensitive demodulator (j) and the pulse generator stage (9). Chain arrangement according to one of the preceding claims 5 to 9, characterized in that an integrator is connected between the phase-sensitive demodulator (7) and the pulse generator stage (9).

Chain arrangement according to one of the preceding claims 5 to 11, characterized in that the partial ratios of the dividers (2, 12) are adjustable in steps.

Chain arrangement according to any one of the preceding claims 5-12, characterized in that the counter (10) can be set to a preselectable preset value. 8005745 4 6 7 8 9 -; V Λ r-l pL —0 - ^ 5 12 11 * - - 4- 3 2 _ preset (η ™) ln_ set 10 Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH 8005745