李保霖，張云峰

1.海軍駐長春地區(qū)航空軍事代表室，吉林長春 130033 2.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長春 130033

光電編碼器精度分析

李保霖1，張云峰2

1.海軍駐長春地區(qū)航空軍事代表室，吉林長春 130033 2.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長春 130033

本文基于實際的工程項目，詳細(xì)論述了光電編碼器的組成原理，針對實際應(yīng)用中需要對光電編碼器進(jìn)行誤差檢測及誤差分析的需求，給出了詳細(xì)的誤差檢測方法，該方法實用有效，可精確測量出光電編碼器的動靜態(tài)誤差，有著很大的實際應(yīng)用前景。

A/D轉(zhuǎn)換；光電編碼器；碼盤

光電編碼器又稱為光電角位移傳感器，其轉(zhuǎn)動軸和被測物的轉(zhuǎn)動軸相連，通過光電接收發(fā)送裝置得到實時被測物的轉(zhuǎn)動信息，通過轉(zhuǎn)動信息變換可以得到被測物的位移、速度及加速度，從而實現(xiàn)目標(biāo)的精確角度位移等參數(shù)測量。

光電編碼器以其測量精度高、體積小及抗惡劣環(huán)境強(qiáng)等特點廣泛應(yīng)用在精密機(jī)械加工、工業(yè)機(jī)器人及高精度閉環(huán)控制等領(lǐng)域，并且隨著光學(xué)刻劃工藝的提高及計算機(jī)處理技術(shù)的推進(jìn)，光電編碼器的精度及實時性得到了很大的提升，應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大的擴(kuò)展。

1 系統(tǒng)組成原理

光電編碼器的實物圖如圖1所示。

圖1 光電編碼器整體結(jié)構(gòu)圖

光電編碼器主要部分包括：碼盤、接收發(fā)光裝置、光電信號整理電路、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP數(shù)據(jù)處理電路、接口電路、控制軟件、電源等。

1）碼盤一般是玻璃的，利用光學(xué)刻劃技術(shù)在其上面刻劃出測量條紋。

2）光電信號整理電路：精碼差分放大電路和中精碼放大電路,完成編碼器原始信號的放大，同時對信號中的直流成份和噪音進(jìn)行共模處理，進(jìn)一步提高信號質(zhì)量，電路采用標(biāo)準(zhǔn)的比例放大電路。

3）A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：整理后的精碼和中精碼信號均為±5V的交流信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

4）DSP數(shù)據(jù)處理電路：DSP數(shù)據(jù)處理電路是編碼器分系統(tǒng)核心元件，完成編碼器分系統(tǒng)指令接收，進(jìn)行角度信息處理，實現(xiàn)與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊的控制功能，電路設(shè)計選用了TMS320F2812中央處理器（DSP）作為核心處理電路。

5）同步采樣信號接收及整理電路：對系統(tǒng)發(fā)送來的采樣信號進(jìn)行整形處理，處理后的同步采樣信號位為負(fù)脈沖信號。

6）電子調(diào)零電路：在方位角0～360°、高低角-5°～185°范圍內(nèi)，根據(jù)系統(tǒng)指令，自動設(shè)置儀器的絕對零點，數(shù)據(jù)永久保存在E2ROM，直到重新設(shè)置。

7）供電電源包含±5V、15V三個電源等級。

圖2 時序圖

圖3 動態(tài)檢測結(jié)果

2 主要指標(biāo)檢測

2.1 精度檢測

光電編碼器的精度一般為：σ≤1.5″。

檢測原理為采用23面多面體及0.2s平行光管。多面體與編碼器同心固定在一起，多面體與編碼器一同轉(zhuǎn)動，光管不動。轉(zhuǎn)動編碼器到多面體各個面的理論值時，用光管自準(zhǔn)多面體每一面，讀光管顯示數(shù)作為誤差值，通過計算得到精度值。數(shù)據(jù)穩(wěn)定輸出時間：t ≤0.2ms。

檢測方法為用示波器，兩個測試筆分別測試外采信號與編碼器數(shù)據(jù)輸出，看示波器顯示兩個信息之間的時間。如圖2所示滿足技術(shù)要求。

2.2 動態(tài)精度檢測

檢測方法為當(dāng)經(jīng)緯儀轉(zhuǎn)動時，通過伺服計算機(jī)采集編碼器實時測角數(shù)據(jù)，在通過軟件公式轉(zhuǎn)成速度值并畫出速度曲線。如圖3所示，最大峰值減最小峰值為6個編碼器分辨率，可得出動態(tài)精度。

3 軟件設(shè)計

見圖4。

圖4 編碼器數(shù)據(jù)處理程序流程圖

4 結(jié)論

本文以實際工程項目為基礎(chǔ)，給出了光電編碼器精度檢測方法及軟件框圖，具有很大的應(yīng)用價值。

[1]郭慶鼎，孫宜標(biāo)，王麗梅.現(xiàn)代永磁電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2006．

[2]智澤英，楊晉嶺，劉輝.DSP控制技術(shù)實踐［M］.北京：中國電力出版社，2009．

[3]蘇奎峰，等.TMS320F2812原理與開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.

TN2

A

1674-6708（2015）148-0046-02

李保霖，工程師，工作單位：海軍駐長春地區(qū)航空軍事代表室，研究方向：光電裝備跟蹤測量