增量型光電編碼器抗抖動二倍頻電路的設(shè)計

　　在某些工業(yè)自動控制領(lǐng)域、某些裝備應(yīng)用上，經(jīng)常會遇到各種需要測量長度的場合，目前通常采用的是光電編碼器。光電編碼器根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式、混合式三種。它是一種集光、機、電為一體的傳感器，具有精度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定可靠等顯著的優(yōu)點，能夠精確地檢測角度、轉(zhuǎn)速、位移等參數(shù)。它可以將位移等物理量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖信號，通過計算脈沖的個數(shù)，實現(xiàn)精確的位移測量。然而由于工作環(huán)境等因素影響，增量型光電編碼器輸出信號中含有較多的抖動誤碼脈沖，將會引起誤計數(shù)。本文分析誤碼脈沖產(chǎn)生的原因，設(shè)計一種有效的濾波電路。

　　1 增量型編碼器的工作原理

　　增量型編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔，見圖1。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，編碼盤上涂有兩道相差90°黑自相同的柵欄，分別稱之為A道和B道。其輸出脈沖也是相差90°。當(dāng)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時，A相比B相超前90°，當(dāng)編碼器反向旋轉(zhuǎn)時，A相比B相滯后90°。正常情況下編碼器的輸出波形如圖1所示。

　　2 誤碼脈沖產(chǎn)生的原因及其濾除方法

　　2．1 誤碼脈沖產(chǎn)生的原因

　　為了說明誤碼脈沖的存在性，將編碼器碼盤局部放大。圖1中點0是編碼器旋轉(zhuǎn)軸的中心，圓角矩形代表碼盤上A列和B列透光狹縫。假定編碼器一相信號處于某種狀態(tài)，而另一相信號處于高低電平跳變的交界狀態(tài)，則編碼器的誤碼脈沖如圖2(a)，圖2(b)所示。由于電機的旋轉(zhuǎn)或機械設(shè)備的振動，會使編碼器輸出脈沖抖動，從而引起誤計數(shù)。它一方面表現(xiàn)為在透光窗口附近的抖動，引起的干擾脈沖，如圖2(a)給出了A相脈沖信號在上升沿和下降沿發(fā)生抖動輸出的時序波形，圖2(b)給出了B相脈沖信號在上升沿和下降沿發(fā)生抖動輸出的時序波形；另一方面表現(xiàn)為在編碼器的某點附近前后振動，引起干擾脈沖。如圖2(c)，圖2(d)給出了信號在編碼器b點前后抖動的時序波形。編碼器從a點正轉(zhuǎn)到b點，然后編碼器反轉(zhuǎn)到a點，又正轉(zhuǎn)到b點，兩個b點之間的脈沖數(shù)為干擾脈沖。