專(zhuān)利名稱(chēng)：編碼器自校準(zhǔn)裝置和方法
交叉引用部分本申請(qǐng)要求于2001年11月2日遞交的臨時(shí)申請(qǐng)60/336,038的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
編碼器正變得越來(lái)越復(fù)雜并具有高的精度，其裝配和對(duì)準(zhǔn)也變得越來(lái)越嚴(yán)格。一些編碼器是完全密封的單元且因此在工廠(chǎng)理想的條件下被定位和校準(zhǔn)。另一方面，其它一些編碼器例如本發(fā)明的受讓人出售的編碼器，以元件或者子系統(tǒng)的形式提供給用戶(hù)。此方案有幾方面的益處，但它排除了全部工廠(chǎng)裝配/對(duì)準(zhǔn)。因此，已經(jīng)設(shè)計(jì)出了各種各樣的裝置來(lái)幫助用戶(hù)安裝和裝配這種類(lèi)型的編碼器。
在幫助用戶(hù)裝配這些編碼器的早期的嘗試僅包括在電子裝置及后隨的系統(tǒng)寫(xiě)入程序中設(shè)置一組測(cè)試點(diǎn)。最近，在編碼器電子裝置中包含各種感測(cè)電路來(lái)顯示正確的對(duì)準(zhǔn)和/或告知用戶(hù)關(guān)于校準(zhǔn)調(diào)節(jié)的情況。
已有技術(shù)的對(duì)準(zhǔn)幫助不提供自動(dòng)校準(zhǔn)特征。最好也只是給出信號(hào)強(qiáng)度的一般指示(例如電子正弦曲線(xiàn)太弱或太強(qiáng))。對(duì)于較佳的操作，正交信號(hào)間的相對(duì)相位應(yīng)當(dāng)盡可能地接近于90°，其相對(duì)增益應(yīng)使相等及其各自的偏移應(yīng)被設(shè)為零。另外的可能是，這些校準(zhǔn)操作對(duì)用戶(hù)來(lái)講應(yīng)當(dāng)是清楚明白的(也就是說(shuō)，不要求用戶(hù)進(jìn)行精細(xì)的電調(diào)整)。
除了這些校準(zhǔn)以外，現(xiàn)代的編碼器還具有指示(或者參考)標(biāo)記。每一次標(biāo)尺相對(duì)于編碼器頭在相同位置時(shí)將產(chǎn)生輸出的指標(biāo)脈沖。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)要解決的另一個(gè)問(wèn)題是必須校準(zhǔn)指標(biāo)脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)以使在編碼器測(cè)量的LSB中的在同一個(gè)標(biāo)尺位置產(chǎn)生該指標(biāo)脈沖。

發(fā)明內(nèi)容
建立在處理單元中的電路系統(tǒng)和固件邏輯電路允許用戶(hù)通過(guò)在頭下簡(jiǎn)單地運(yùn)行幾次編碼器標(biāo)尺就可以快速裝配編碼器。連接器上的指示光通知用戶(hù)關(guān)于處理器和編碼器的狀態(tài)。
在自校準(zhǔn)周期期間，編碼器處理器能根據(jù)放大器的增益、偏移及信號(hào)正交相位的移位來(lái)自動(dòng)調(diào)整自己。另外，所公開(kāi)的方法自動(dòng)地將指標(biāo)脈沖放置在指示窗中心附近，指示窗相對(duì)于“零位置”條紋具有1LSB重復(fù)性。另外，所公開(kāi)的裝置通過(guò)簡(jiǎn)單的LED顯示器將其狀態(tài)傳達(dá)給用戶(hù)，以致執(zhí)行所有的這些操作都不需要外部的測(cè)試或監(jiān)測(cè)裝置。
另一方面，本發(fā)明提供一種校準(zhǔn)該類(lèi)型的光學(xué)編碼器的方法，該編碼器產(chǎn)生兩個(gè)模擬的正交信號(hào)x、y。該方法包括產(chǎn)生模擬信號(hào)x、y的多個(gè)數(shù)字采樣xi、yi的步驟，i是從1-n的整數(shù)且n大于1。該方法還包括根據(jù)下面等式產(chǎn)生多個(gè)校準(zhǔn)的采樣X(jué)i、Yi的步驟，Xi＝(xi+Oxi+Pi×yi)×GxiYi＝(yi+Oyi)×Gyi其中Gxi和Gyi是定標(biāo)系數(shù)，Oxi和Oyi是偏移系數(shù)，Pi是相位系數(shù)。
該方法還包括根據(jù)等式Mi=Xi2+Yi2]]>φi=ATAN[YiXi]]]>產(chǎn)生多個(gè)量值為Mi相位φi的采樣，其中Mi和φi根據(jù)等式Vi＝Miexp(jφi)定義相量Vi的一個(gè)采樣。相量Vi可以由平面坐標(biāo)系中的線(xiàn)段表示。該相量具有第一端和第二端。第一端落在坐標(biāo)系的原點(diǎn)。第二端在由相對(duì)于x軸的等于相位φi的一角度確定的方向上距離第一端的距離等于量值Mi。該方法還包括提供定標(biāo)系數(shù)Gx1和Gy1，偏移系數(shù)Oxi和Oy1，及相位系數(shù)P1的初始值。該方法還包括調(diào)整定標(biāo)系數(shù)、偏移系數(shù)及相位系數(shù)的值以使Gxi+1等于Gxi或者Gxi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，Gyi+1等于Gyi或者Gyi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，Oxi+1等于Oxi或者Oxi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，Oyi+1等于Oyi或者Oyi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，及Pi+1等于Pi或者Pi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值。
系數(shù)的增量調(diào)整被確定以使移動(dòng)更靠近一個(gè)一坐標(biāo)系原點(diǎn)為圓心的預(yù)定半徑的圓(例如是一單位圓)的向量的第二端。特別是，系數(shù)的增量調(diào)整使得假設(shè)的相量V′i的第二端和單位圓之間的距離小于或者等于相量Vi的第二端和該圓之間的距離。假設(shè)的向量V′i由下面的等式確定X′i＝(xi+Oxi+1+Pi+1×yi)×Gxi+1
Y′i＝(yi+Oyi+1)×Gyi+1M′i=Xi′2+Yi′2]]>φ′i=ATAN[Y′iX′i]]]>V′i＝M′iexp(jφ′i)在該方法的另一可選擇放案中，當(dāng)Vi落在圓的其中一半上時(shí)，系數(shù)Gxi和Oxi可被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk落在圓的另一半上，k大于i。在另一個(gè)可替換放案中，當(dāng)Vi落在圓的左半邊上時(shí)，系數(shù)Gxi和Oxi可被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk落在圓的右半邊上，k大于i。在另一可替換放案中，當(dāng)Vi落在圓的其中一半上時(shí)，系數(shù)Gyi和Oyi可被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk落在圓的另一半上，k大于i。在另一可替換方案中，當(dāng)Vi落在圓的上半部上時(shí)，系數(shù)Gyi和Oyi可被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk落在圓的下半部上，k大于i。在另一可替換方案中，當(dāng)Vi落在圓的四分之一圓周上時(shí)，系數(shù)Pi可被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk落在圓的不同的另一四分之一圓周上，k大于i。另外，系數(shù)的值也可以根據(jù)下表進(jìn)行調(diào)整

其中的增量值“1”是一個(gè)最低有效比特。
另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種處理光學(xué)編碼器產(chǎn)生的信號(hào)的方法。該方法包括根據(jù)等式φi=ATAN[YiXi]]]>產(chǎn)生相位φi的采樣，這里的Xi和Yi是從編碼器接收到的正交信號(hào)的采樣，這里i是整數(shù)值且在1-n中，n是整數(shù)。
該方法還包括產(chǎn)生一計(jì)數(shù)。每當(dāng)測(cè)量的模2π的相位經(jīng)過(guò)單位圓的第四個(gè)四分之一圓到單位圓的第一個(gè)四分之一圓時(shí)，計(jì)數(shù)就增加1。每當(dāng)測(cè)量到的模2π的相位經(jīng)過(guò)單位圓的第一個(gè)四分之一圓到單位圓的第四個(gè)四分之一圓時(shí)，計(jì)數(shù)就減少1。第四個(gè)四分之一圓是從 角延伸至2π角。第一個(gè)四分之一圓是從角度0至 角。該方法還進(jìn)一步包括通過(guò)以下方式以A平方B(A quad B)的格式生成兩個(gè)短脈沖串輸出信號(hào)產(chǎn)生代表計(jì)數(shù)和相位φi的一整數(shù)；使用已知的計(jì)數(shù)A平方B格式信號(hào)中的轉(zhuǎn)變的方法，計(jì)數(shù)A平方B短脈沖串輸出信號(hào)中的轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生一運(yùn)行和(running sum)；產(chǎn)生代表該整數(shù)和運(yùn)行和之間的差的帶符號(hào)的差值；在A平方B短脈沖串輸出信號(hào)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)變直到該帶有符號(hào)的差值為零。
在該方法中，相位φi的采樣可被表示為具有Dmax比特的二進(jìn)制數(shù)，Dmax是一預(yù)先確定的整數(shù)。該整數(shù)可被表示為具有d比特的二進(jìn)制數(shù)，d是一預(yù)先確定的整數(shù)。該整數(shù)具有D個(gè)最低有效比特和d減去D個(gè)最高有效比特，D是用戶(hù)選擇的整數(shù)其大于零小于d并且小于Dmax。通過(guò)將該整數(shù)的D個(gè)最低有效比特設(shè)置等于相位φi的D個(gè)最高有效比特，且通過(guò)將該整數(shù)的d減去D個(gè)最高有效比特設(shè)置等于該計(jì)數(shù)的d減去D個(gè)最低有效比特來(lái)生成該整數(shù)。可選擇地，D是滿(mǎn)足等式D≥Dmax+log(S)/log(2)的最小整數(shù)，S是用戶(hù)選擇的比例因子。該方法可以包括產(chǎn)生標(biāo)定相位θi，等于相位φI乘以用戶(hù)選擇的比例因子S之積?？赏ㄟ^(guò)將該整數(shù)的D個(gè)最低有效比特設(shè)置等于標(biāo)定相位θi的D個(gè)最低有效比特來(lái)生成整數(shù)，及通過(guò)將該整數(shù)的d減去D個(gè)最低有效比特設(shè)置等于d減去D個(gè)最高有效比特來(lái)生成該整數(shù)。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于光學(xué)編碼器的產(chǎn)生指標(biāo)信號(hào)的方法。編碼器產(chǎn)生指示一標(biāo)尺相對(duì)于傳感器頭的位置的擬正弦曲線(xiàn)的正交信號(hào)。該編碼器還產(chǎn)生一個(gè)窗口信號(hào)。該窗口信號(hào)的特征在于無(wú)論何時(shí)指標(biāo)標(biāo)記與傳感器頭對(duì)準(zhǔn)就具有一高值。該窗口信號(hào)的特征在于無(wú)論何時(shí)標(biāo)尺的指標(biāo)標(biāo)記與傳感器頭對(duì)準(zhǔn)就具有一低值。該方法包括當(dāng)窗口信號(hào)從低值轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧禃r(shí)設(shè)置一第一數(shù)等于該相位的值；當(dāng)窗口信號(hào)從高值轉(zhuǎn)變?yōu)榈椭禃r(shí)設(shè)置一第二數(shù)等于該相位的值。如果第一數(shù)和第二數(shù)之間的差值大于π而小于3π，相位指標(biāo)可被設(shè)置為等于第一數(shù)和第二數(shù)之間的值。該方法包括無(wú)論何時(shí)窗口信號(hào)具有高值的特性并且當(dāng)相位基本等于相位指標(biāo)時(shí)，就產(chǎn)生該指標(biāo)信號(hào)。相位指標(biāo)可被設(shè)置為等于第一數(shù)和第二數(shù)的中間值。在窗口信號(hào)轉(zhuǎn)變時(shí)記錄相位值及設(shè)置相位指標(biāo)的步驟僅在收到校準(zhǔn)指令之后被執(zhí)行。當(dāng)窗口信號(hào)為高值的特性時(shí)給用戶(hù)一個(gè)指示?？赏ㄟ^(guò)啟動(dòng)一個(gè)光源來(lái)提供給用戶(hù)一個(gè)指示。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的編碼器處理電子裝置的框圖。
圖2所示為圖1中所示相位處理器的框圖。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明作出的校準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的指標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明計(jì)算指標(biāo)點(diǎn)的框圖。
圖6A和6B所示分別為根據(jù)本發(fā)明的連接器外殼處理電子裝置的頂視圖和側(cè)視圖。
圖7所示為A平方B信號(hào)及一指標(biāo)脈沖。
圖8A所示為編碼器中一標(biāo)尺的運(yùn)動(dòng)。
圖8B和8E所示分別為編碼器所產(chǎn)生的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。
圖8C和8F所示分別為編碼器產(chǎn)生的A平方B的A部分和B部分。
圖8D和8G所示分別為根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的A平方B短脈沖串信號(hào)的A部分和B部分。
圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的如圖8D和8G所示的生成信號(hào)方法的框圖。
圖10所示為根據(jù)本發(fā)明的用戶(hù)接口的邏輯裝置與用戶(hù)通信的方法。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為光學(xué)編碼器系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括傳感器頭50，用來(lái)觀(guān)測(cè)標(biāo)尺60的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；及相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理電子裝置100。如下所述，處理電子裝置100自動(dòng)校準(zhǔn)編碼器位置測(cè)量電路及指標(biāo)脈沖產(chǎn)生電路。電子裝置100最好以包含固件可編程邏輯電路的小型化形式被實(shí)現(xiàn)，然而，該電子裝置100的其它可實(shí)現(xiàn)方式也包含在本發(fā)明中。
傳感器頭傳感器頭50和標(biāo)尺60最好以已知的方式結(jié)合以產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)族。一個(gè)信號(hào)族提供關(guān)于標(biāo)尺相對(duì)于傳感器頭的位移的信息。這些信號(hào)是正交信號(hào)70。第二個(gè)信號(hào)族是指標(biāo)窗口信號(hào)80；當(dāng)標(biāo)尺60上的一特定位置經(jīng)過(guò)傳感器頭50時(shí)，這些信號(hào)就發(fā)出顯示。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，傳感器頭50內(nèi)部的模擬正交信號(hào)具有與標(biāo)尺60的位移相關(guān)的通常為正弦的強(qiáng)度變化。這些“x”和“y”信號(hào)相位被理想地相互移位90度。這些模擬信號(hào)在傳感器頭50中通過(guò)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器55被典型地采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；數(shù)字輸出值70在圖2中被分別表示為“Xi”和“Yi”，這里的下標(biāo)“i”表示這些值是采樣值。如圖1和圖2中所示，信號(hào)70傳遞至相位處理器101，在其中確定它們的瞬間相位。圖2所示為相位處理器101的方框圖，下面將描述其功能模塊。
自激校準(zhǔn)采樣值傳輸至校準(zhǔn)模塊115，校準(zhǔn)模塊115使用以下公式施加定標(biāo)(Gxi和Gyi)，偏移(Oxi和Oyi)，及相位(Pi)校準(zhǔn)值Xi＝(xi+Oxi+Pi×yi)×GxiYi＝(yi+Oyi)×Gyi(1)其中Xi和Yi是校準(zhǔn)之后的正交信號(hào)73。類(lèi)似的公式在已有技術(shù)中已被使用。這些可選擇的公式不能在所有的條件下適當(dāng)?shù)丶s束和/或不適于相位校準(zhǔn)值。公式(1)最好與下面所討論到的增量系數(shù)發(fā)生器155相結(jié)合，以在所有最初的條件和隨后的條件下取得校準(zhǔn)值的適當(dāng)約束。
總起來(lái)說(shuō)，定標(biāo)、偏移和相位校準(zhǔn)值到達(dá)電路115作為校準(zhǔn)值，如同圖2中所示。在優(yōu)選實(shí)施例中，校準(zhǔn)電路115以及圖2中所示的相位處理器的所有其他部分以使用處理電路100中的非易失性存儲(chǔ)器中的固件程序的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為清楚起見(jiàn)，圖中所示的各種處理功能被示為分離的功能塊。當(dāng)然，至少一個(gè)集成的相位處理器也包含在發(fā)明中。
相位估計(jì)器校準(zhǔn)后正交信號(hào)73在相位估計(jì)器125中被處理，以形成一相量的矢量量值Mi76和相位φi75的估計(jì)值，該相量與兩個(gè)正交信號(hào)相對(duì)應(yīng)。該量值和相位估計(jì)值最好使用稱(chēng)之為CORDIC數(shù)學(xué)生成。CORDIC數(shù)學(xué)在已有技術(shù)中是已知的，但是其它的處理方法也可以使用。
相位估計(jì)器接收兩個(gè)校準(zhǔn)后信號(hào)73并根據(jù)公式估計(jì)其量值和相位Mi=Xi2+Yi2]]>φI=ATAN[YiXi]]]>這兩個(gè)處理值被分配給處理電路中的幾個(gè)另外的模塊。
與量值和相位采樣對(duì)應(yīng)的一采樣的相量由公式Vi＝Miexp(jφI)所定義，Vi是該相量，j是-1的復(fù)數(shù)平方根。
系數(shù)發(fā)生器系數(shù)發(fā)生器功能模塊155使用相位75和量值76的值以調(diào)節(jié)校準(zhǔn)模塊115中應(yīng)用的校準(zhǔn)系數(shù)。如圖3和下表1中所示，系數(shù)發(fā)生器模塊155采用一系列的邏輯測(cè)試來(lái)決定相位75和量值76表示的相量156是否位于單位圓157。如果相量156不在單位圓157上，該模塊增加/縮減不同的校準(zhǔn)系數(shù)77直到該相量位于圓上。每一個(gè)增加/縮減都很小，以致對(duì)校準(zhǔn)系數(shù)的任一次調(diào)節(jié)的影響幾乎察覺(jué)不到。
邏輯測(cè)試可以提供多種規(guī)則來(lái)實(shí)施。例如，系數(shù)發(fā)生器模塊155可以在每次記錄每一采樣相位時(shí)實(shí)施這些測(cè)試?？商鎿Q地，在一優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)試僅僅當(dāng)相量的當(dāng)前相位角與對(duì)校準(zhǔn)系數(shù)作出最后調(diào)整的相位值在不同象限時(shí)被實(shí)施。該優(yōu)選的模式防止相同的修正在標(biāo)尺沒(méi)有移動(dòng)過(guò)傳感器頭時(shí)一次又一次地實(shí)施。另一個(gè)可選擇是，將傳感器校準(zhǔn)一次，以適應(yīng)制造和/或初始裝配的影響，且然后為以后的測(cè)量鎖定這些校準(zhǔn)值在其中(或至少到施加重新校準(zhǔn)命令)。
這些測(cè)試的實(shí)施結(jié)合附圖3予以說(shuō)明，其所示幾乎是純粹正X偏移的例子。圖3所示為單位圓157。理想地，由相位估計(jì)器125產(chǎn)生的量值Mi總是等于1(在圖3圖表的刻度上)，致使對(duì)應(yīng)相量的端點(diǎn)位于單位圓157上。然而，校準(zhǔn)偏移可以導(dǎo)致位移離開(kāi)單位圓上的一些相量。圖3所示為所有產(chǎn)生的相量位于圓158上，該圓158在正X方向上移離單位圓的情況。當(dāng)相位估計(jì)器125產(chǎn)生的相量的端點(diǎn)在點(diǎn)1(此處的相位大約是10度)X值就太大(也就是在單位圓的外部)。在移動(dòng)點(diǎn)1到單位圓的嘗試中，模塊155遞增地減小增益，Gxi，并使偏移Oxi，輕微地變負(fù)。接下來(lái)，當(dāng)相位被注明為大約180度時(shí)(圖3中的點(diǎn)2)，X值太小(也就是說(shuō)在單位圓內(nèi))，以致在將點(diǎn)2移出到單位圓上的嘗試中，該模塊遞增地增大增益并使偏移稍多變負(fù)。模塊155最好繼續(xù)調(diào)整校準(zhǔn)系數(shù)直到相量的所有值落在單位圓上。注意到上面實(shí)例中，增益交替地減少與增加，凈合成至無(wú)變化，當(dāng)偏移連續(xù)地為更多負(fù)時(shí)，對(duì)最初的正X偏移進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦Ｕ?br> 表1所示為模塊155使用的一組優(yōu)選的邏輯測(cè)試。如表格第一行所示，如果當(dāng)前相量的相位值在348.75°和11.25°之間，并且當(dāng)前相量的量值大于一，則模塊155將校正比例因子Gx和Gy減少一個(gè)最低有效比特。表1所示為模塊155對(duì)當(dāng)前相量的所有相位值和量值進(jìn)行優(yōu)選的測(cè)試并進(jìn)行調(diào)整，然而，顯然其它組的測(cè)試與調(diào)整也可以同樣采用。

條紋計(jì)數(shù)器圖2中所示的條紋計(jì)數(shù)器模塊137，識(shí)別其中跨過(guò)2π的邊界的相位測(cè)量。來(lái)自每一組校準(zhǔn)的正交信號(hào)73的記號(hào)比特被傳送至條紋計(jì)數(shù)器模塊137。這些記號(hào)比特是眾所周知的在其中有一相量的單位圓的象限指示符。因此，每次相量(信號(hào)73所表示的)分別從第四象限傳至第一象限或者相反時(shí)，模塊137增加或者減少條紋計(jì)數(shù)。條紋計(jì)數(shù)器137的輸出，條紋計(jì)數(shù)78，在輸出字150中提供一個(gè)較高階比特，下面將對(duì)其描述。
相位輸出從相位處理電子裝置101的輸出信號(hào)可以是數(shù)字字150(DW)或是一對(duì)邏輯電平脈沖串151，152，工業(yè)上稱(chēng)之為A平方B(AQB)。圖7所示為第二種格式，包括兩個(gè)相位移位的脈沖串151，152，其中每一個(gè)轉(zhuǎn)變代表一個(gè)LSB的相位的變化。圖8A-G所示為這些脈沖串如何與下面的標(biāo)尺位置相關(guān)及由編碼器頭生成的正交信號(hào)相關(guān)，為清楚起見(jiàn)，AQB被示出沒(méi)有額外插入值，也就是每一個(gè)AQB信號(hào)在正交信號(hào)70的每一個(gè)循環(huán)中在高和低的兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換一次，允許1/4周期的位置分辨力。
圖8A所示為假定的標(biāo)尺運(yùn)動(dòng)的圖形，其中標(biāo)尺在一段時(shí)間內(nèi)沿一個(gè)方向勻速移動(dòng)，停止并等待，接著沿路徑返回。圖8B和8E說(shuō)明了正交信號(hào)70。注意僅由于標(biāo)尺的移動(dòng)是恒速的，這些信號(hào)呈現(xiàn)為真正的正弦曲線(xiàn)。圖8C和8F說(shuō)明了工業(yè)AQB標(biāo)準(zhǔn)A和B信號(hào)。通過(guò)計(jì)數(shù)AQB信號(hào)中的轉(zhuǎn)變來(lái)確定位置。兩個(gè)狀態(tài)間的每一次轉(zhuǎn)變都代表單個(gè)計(jì)數(shù)(或者LSB)的改變。通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)變之前和之后的狀態(tài)的簡(jiǎn)單組合的邏輯規(guī)則來(lái)確定運(yùn)動(dòng)的方向。最后，圖8D和8G表示本發(fā)明的狀態(tài)發(fā)生器135的短脈沖串發(fā)生器137所產(chǎn)生的AQB短脈沖串信號(hào)151，152。
如圖2中所示，狀態(tài)發(fā)生器135通過(guò)把相位75和條紋計(jì)數(shù)78結(jié)合成單個(gè)數(shù)字字150以產(chǎn)生這些輸出信號(hào)，該數(shù)字字150代表距離一些指標(biāo)位置的總的未纏繞(unwrapped)相位。當(dāng)條紋計(jì)數(shù)78形成上部比特時(shí)，數(shù)字相位75形成數(shù)字字150的LSB。這樣的結(jié)合在已有技術(shù)中是公知的。狀態(tài)發(fā)生器比較新的數(shù)字字150和相位處理器101的當(dāng)前AQB的輸出狀態(tài)，并控制短脈沖串發(fā)生器137使得短脈沖串信號(hào)151，152的輸出狀態(tài)代表數(shù)字字150。
圖9所示為從狀態(tài)發(fā)生器135產(chǎn)生AQB短脈沖信號(hào)151，152的較佳實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。狀態(tài)發(fā)生器135最好包含一個(gè)內(nèi)部的累加器，步驟901保持來(lái)自短脈沖串發(fā)生器137轉(zhuǎn)變的運(yùn)行和。該運(yùn)行和在步驟902與當(dāng)前的在步驟903測(cè)量的數(shù)字輸出字150相比較?；谏鲜龅谋容^，狀態(tài)發(fā)生器控制短脈沖串發(fā)生器137以更新在短脈沖串信號(hào)150，151中的傳輸?shù)拿}沖數(shù)。如果比較顯示這些值相等，當(dāng)然就不需要變化(步驟906)。另一方面，如果有差異，短脈沖串發(fā)生器137(步驟904)就被命令在短脈沖串信號(hào)線(xiàn)151，152上產(chǎn)生傳輸?shù)母咚俎D(zhuǎn)變串。短脈沖串發(fā)生器使用AQB編碼正確地編碼編碼順序；也就是說(shuō)，重建A和B信號(hào)的正確的相位使得標(biāo)準(zhǔn)的AQB解碼器適當(dāng)?shù)亟忉尶傆?jì)數(shù)中的增加或減少。步驟905中AQB信號(hào)通過(guò)解碼電路反饋給累加器。當(dāng)累加器中的運(yùn)行計(jì)數(shù)等于數(shù)字字150時(shí)，在步驟902的比較就會(huì)關(guān)斷短脈沖串發(fā)生器137。
返回圖8，短脈沖串發(fā)生器137的操作在圖8D和8G中分別就A和B信號(hào)被示出。每一條垂直的虛線(xiàn)表示取一數(shù)字相位取樣的時(shí)間。然而在常規(guī)的AQB信號(hào)中轉(zhuǎn)變與正交信號(hào)70的改變相位是同步發(fā)生的，在短脈沖串信號(hào)151，152中，所有的轉(zhuǎn)變緊接取得數(shù)字取樣后發(fā)生。如黑體箭頭所示，常規(guī)AQB的每一個(gè)轉(zhuǎn)變?cè)诙堂}沖串信號(hào)上都有一個(gè)相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，確保累計(jì)的計(jì)數(shù)是正確的。
如圖8和圖9所示，短脈沖串AQB輸出的改變通過(guò)每個(gè)新的數(shù)字相位測(cè)量150而被起始。然而，當(dāng)下一測(cè)量到達(dá)時(shí)，短脈沖串發(fā)生器仍在運(yùn)行是可能的(例如，如果在前面的數(shù)字采樣中已經(jīng)有了一個(gè)很大的位置變化)。前述的反饋環(huán)路確保即使在“超限(overrun)”的條件下，AQB的輸出也能“追上(catch up)”測(cè)量位置，因?yàn)槎堂}沖串發(fā)生器保持運(yùn)行直到步驟902的比較是令人滿(mǎn)意的。
狀態(tài)發(fā)生器135還在輸出流中結(jié)合指標(biāo)信息。如圖1和2所示，指標(biāo)邏輯200提供一個(gè)單個(gè)，數(shù)字的指標(biāo)相位值210至狀態(tài)發(fā)生器135中。在A平方B的輸出模式中，一分開(kāi)的指標(biāo)輸出線(xiàn)153被提供。在當(dāng)測(cè)量到的相位準(zhǔn)確地等于指標(biāo)值的時(shí)間期間，狀態(tài)發(fā)生器135提高指標(biāo)輸出線(xiàn)153至為邏輯“高”。這樣，如圖7中所示，一個(gè)LSB長(zhǎng)脈沖154在短脈沖串脈沖期間被發(fā)送，該短脈沖串將相位計(jì)數(shù)從指標(biāo)的一邊移動(dòng)到另一邊。當(dāng)然，如果標(biāo)尺剛好準(zhǔn)確停在指標(biāo)相位上指標(biāo)的輸出線(xiàn)153將一直保持高的不確定性。
狀態(tài)發(fā)生器還可以接收一編程信號(hào)(未示出)，該編程信號(hào)改變輸出150中的視在內(nèi)插深度。內(nèi)插深度的改變通過(guò)以期望的整數(shù)內(nèi)插因子對(duì)相位估計(jì)器125全部?jī)?nèi)插深度輸出進(jìn)行簡(jiǎn)單地定標(biāo)而實(shí)現(xiàn)。例如，如果相位估計(jì)器的固有內(nèi)插深度是10比特(×1024)并且該編程信號(hào)命令一個(gè)“×200”輸出，狀態(tài)發(fā)生器對(duì)每一個(gè)數(shù)字輸出相位有效地施加一200/1024因子(二進(jìn)制的定標(biāo)因子例如×8或者×16通過(guò)簡(jiǎn)單地比特移位而被典型地施加)。因?yàn)槎堂}沖串發(fā)生器產(chǎn)生AQB信號(hào)以匹配數(shù)字字，在狀態(tài)發(fā)生器中應(yīng)用的數(shù)字定標(biāo)因子也被自動(dòng)地施加給該AQB。
盡管數(shù)字字輸出150和AQB兩者都是由狀態(tài)發(fā)生器產(chǎn)生的，典型地，兩個(gè)相位輸出格式(DW或AQB)中僅有一個(gè)被實(shí)際地傳送給用戶(hù)，這取決于用戶(hù)的喜好。當(dāng)狀態(tài)發(fā)生器135產(chǎn)生數(shù)字字類(lèi)型的輸出時(shí)，僅二進(jìn)制的內(nèi)插定標(biāo)被較佳地施加以避免分?jǐn)?shù)比特。分辨率的比特?cái)?shù)最好視邏輯可編程的且通常為8到12比特之間。在DW的實(shí)施例中，較佳的數(shù)字輸出字150是32比特字，更高階的比特由條紋計(jì)數(shù)78提供。(而且在該實(shí)施例中提供附加的8個(gè)高階比特以得到健康(health)和狀態(tài)信息來(lái)獲得40比特的輸出字)。在優(yōu)選實(shí)施例中，該字以比特串行格式被提供給用戶(hù)。
指標(biāo)相位值210在DW輸出模式可以應(yīng)用至少三種不同的方式被使用。第一，條紋計(jì)數(shù)器137在每當(dāng)觀(guān)察到指標(biāo)相位時(shí)可被設(shè)至零?？商鎿Q地，處理器可被編程以?xún)H在通電后的第一次觀(guān)察時(shí)將條紋計(jì)數(shù)器設(shè)置零。第三，狀態(tài)發(fā)生器可被編程以在內(nèi)部從各測(cè)量值中減去該指標(biāo)相位值。在后者的配置中，只要經(jīng)過(guò)指標(biāo)點(diǎn)，數(shù)字輸出字150將讀零(0)?？商鎿Q地，指標(biāo)相位值210可被發(fā)送給用戶(hù)以當(dāng)他看到配合時(shí)使用。
指標(biāo)脈沖設(shè)置及產(chǎn)生如圖1中所示，傳感器頭50產(chǎn)生的第二個(gè)信號(hào)類(lèi)型是指標(biāo)窗口信號(hào)80。該信號(hào)如圖4中所示是邏輯電平矩形函數(shù)，該函數(shù)最好通過(guò)ASIC58在傳感器頭50中自己產(chǎn)生。窗口信號(hào)Zw是對(duì)于相對(duì)傳感器頭50的標(biāo)尺60的大多數(shù)位置來(lái)說(shuō)是處于邏輯電平低。然而，當(dāng)標(biāo)尺上的指標(biāo)特征(沒(méi)有示出)到達(dá)傳感器頭時(shí)，傳感器頭中的與內(nèi)部ASIC組合的一特征檢測(cè)器使得Zw升到邏輯電平高。如果標(biāo)尺繼續(xù)移動(dòng)并通過(guò)傳感器頭，該指標(biāo)特征也就遠(yuǎn)離傳感器頭并且Zw返回到邏輯電平低。如圖4中所示，指標(biāo)特征和傳感器頭檢測(cè)器設(shè)計(jì)成使在典型的對(duì)準(zhǔn)和操作條件下，標(biāo)尺在Zw的上升沿81和下降沿82之間通過(guò)的距離在一個(gè)光學(xué)條紋的量級(jí)上(例如，相位改變大約360度)。
如圖1中所示，指標(biāo)窗口信號(hào)80，輸出字150的相位值比特和來(lái)自用戶(hù)接口300的控制信號(hào)95全部作為輸入提供給指標(biāo)邏輯模塊200。在較佳的模式中，僅條紋計(jì)數(shù)器137的最低比特在指標(biāo)邏輯模塊200中使用。另外，在較佳的實(shí)施方式中，在上述的FPGA中出現(xiàn)指標(biāo)邏輯的處理的一部分而其他的處理步驟由一包括的微處理器芯片來(lái)執(zhí)行。控制信號(hào)(其也可以由外部計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)接口400提供)將何時(shí)導(dǎo)出并校準(zhǔn)指標(biāo)相位信號(hào)210的功能告訴該模塊。
通常，標(biāo)尺60上的物理指標(biāo)的指示器僅具有足夠的分辨力來(lái)識(shí)別一具體的條紋。然而，用戶(hù)要求指標(biāo)位置被識(shí)別為一具體的相位值φz，其在單個(gè)的LSB中是可以重復(fù)的。精確的相位值(在0至2π之間)除了該值的可重復(fù)性外并不重要。
指標(biāo)窗口80總是與一具體的光柵位置(即，一具體的條紋)相關(guān)，但是指示窗口80并不總是在任何具體相位值開(kāi)始也不總是精確地為一個(gè)條紋長(zhǎng)。因此，指標(biāo)相位值一定要在一個(gè)LSB中是可重復(fù)的，不能選擇為在前的，因?yàn)樵谇暗闹?在0至2π之間)在長(zhǎng)指標(biāo)窗口的各端，可能會(huì)在指標(biāo)窗外部或者會(huì)出現(xiàn)兩次。較佳地，如圖4中所示，然后指標(biāo)相位值將落在指標(biāo)窗口80中間的附近，以適應(yīng)在邊沿81和82位置處的測(cè)量變化。由于指標(biāo)窗口80和測(cè)量相位75(φi)之間沒(méi)有固定的關(guān)系，一個(gè)校準(zhǔn)函數(shù)應(yīng)被執(zhí)行以(a)確保窗口是正確的尺寸，及(b)確定用于指標(biāo)相位值φz210的適當(dāng)定中的值。如圖2中所示，數(shù)字相位值(210)被提供給狀態(tài)發(fā)生器135。在較佳的實(shí)施方式中，使用從全數(shù)字輸出字150的較低階比特抽取的一部分“未纏繞”數(shù)字相位150a來(lái)計(jì)算指標(biāo)相位值210。典型的是，所有的相位處理器比特和兩個(gè)條紋計(jì)數(shù)器比特被使用。如圖4中所示，測(cè)量的相位75在2π至0之間不連續(xù)是易于理解的。數(shù)字輸出相位150通過(guò)跟蹤該條紋計(jì)數(shù)來(lái)消除這些不連續(xù)性。為計(jì)算指標(biāo)相位的目的，僅僅是需要保持跟蹤條紋計(jì)數(shù)超過(guò)3或者4個(gè)條紋，正如圖4中所示，因?yàn)橹笜?biāo)窗口80的存在，開(kāi)啟該計(jì)算以跨過(guò)最多三個(gè)條紋。
指標(biāo)邏輯模塊200使用與圖5中方法相似的方法自激地執(zhí)行校準(zhǔn)的功能。如圖中所示，這方法通常包括步驟1、等待直到“校準(zhǔn)”命令出現(xiàn)。<步驟501>
2、監(jiān)控指標(biāo)窗口信號(hào)。
3、記錄用于上升沿81的相位φR。<步驟502>
4、記錄用于下降沿82的相位φF。<步驟503>
5、從φF減去φR來(lái)估計(jì)指標(biāo)窗口的大小。<步驟504>
6、測(cè)試指標(biāo)窗是否大于0.50條紋并小于1.50條紋。[如果指示窗不符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)則返回步驟2]<步驟504>
7、設(shè)置指標(biāo)相位210在指標(biāo)窗口的中點(diǎn)，即，φZ(yǔ)＝(φF-φR)/2。<步驟505>
一旦設(shè)定φZ(yǔ)的值，指標(biāo)邏輯200傳輸指標(biāo)相位210至相位處理器101中的狀態(tài)發(fā)生器135，如圖1中所示。
當(dāng)然還要注意，處理電子裝置100不同模式之間的區(qū)別僅是為了清楚的目的；在較佳的實(shí)施方式中，幾乎所有的處理電子裝置是單一的FPGA的部分或是被編程在包括的微處理器中。
計(jì)算機(jī)接口如圖1中所示，相位處理電子裝置100包括一個(gè)計(jì)算機(jī)接口模塊400。在本發(fā)明的上下文中該模塊執(zhí)行典型的本領(lǐng)域的技術(shù)人員可預(yù)期的輸入/輸出功能，提供允許向前和向后傳送處理電子裝置100和外界計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)和控制流所需的路徑和信號(hào)交換。
用戶(hù)接口圖1所示的最后一個(gè)模塊是診斷用戶(hù)接口300。如圖6中所示的優(yōu)選的接口300包括四個(gè)不同顏色和/或不同尺寸的發(fā)光二極管(LEDs)312，314，316，318(在圖1中總地示作為310)，用戶(hù)操作的按鈕350全部連接到控制器邏輯380。邏輯380對(duì)相位處理器101和指標(biāo)邏輯200產(chǎn)生的各種信號(hào)執(zhí)行操作以控制LEDs310并接受用戶(hù)以按壓按鈕350的形式的“指標(biāo)設(shè)置”指令。
圖10中所示是用戶(hù)接口邏輯380與用戶(hù)進(jìn)行通信的方法700。在步驟705通電，邏輯電路自己初始化并激勵(lì)小的綠色電源LED。接著邏輯電路相互比較兩個(gè)未處理的正交信號(hào)70。去掉他們的記號(hào)比特，這些信號(hào)提供相量的量值的估計(jì)。當(dāng)|Xi|＝|yi|，容易示出|Xi|＝Mi/1414，這樣，邏輯電路380在當(dāng)|Xi|＝|Yi|時(shí)使用|Xi|的值，以在步驟710選擇適當(dāng)?shù)男盘?hào)健康指示器LED(314，316或318)。如果信號(hào)強(qiáng)度Mi超出預(yù)先設(shè)定的“安全”值，綠色的健康指示器LED314就點(diǎn)亮。如果信號(hào)強(qiáng)度低于該安全值但是高于另外一個(gè)事先設(shè)定的“適當(dāng)”值，則黃色的健康指示器LED316點(diǎn)亮。如果信號(hào)強(qiáng)度低于該適當(dāng)?shù)闹?，則紅色的警報(bào)健康指示器LED318點(diǎn)亮(這表明例如不足的光被入射在傳感器頭50上)。也可以使用另外的指示器方案，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可想到的。注意“原始(raw)”信號(hào)70必須被使用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)校準(zhǔn)模塊115后所有的信號(hào)由于校準(zhǔn)的作用都將表現(xiàn)為具有適當(dāng)?shù)牧恐怠?br> 如果在任何時(shí)間用戶(hù)移動(dòng)在傳感器頭前方的標(biāo)尺上的指標(biāo)標(biāo)記，在步驟715，邏輯電路將信號(hào)健康LED(314，316或318)關(guān)斷一段時(shí)間，比如說(shuō)10秒鐘。這里的“閃爍”指示給用戶(hù)指標(biāo)標(biāo)記已經(jīng)觀(guān)測(cè)到。用戶(hù)要想設(shè)置(或者重設(shè))指標(biāo)相位校準(zhǔn)，用戶(hù)可以通過(guò)按壓用戶(hù)接口300上的按鈕350，或者通過(guò)計(jì)算機(jī)接口400來(lái)發(fā)送等效的指令來(lái)初始化校準(zhǔn)模式。步驟720，通過(guò)將電源LED312置為閃爍模式，用戶(hù)確認(rèn)該指令。這種閃爍模式將保持直到指標(biāo)校準(zhǔn)完成時(shí)或者斷電。固有地，用戶(hù)接口300發(fā)出一個(gè)校準(zhǔn)指令至指標(biāo)模塊200。
一旦該單元閃爍，用戶(hù)通過(guò)再一次移動(dòng)位于傳感器頭前指標(biāo)點(diǎn)來(lái)完成校準(zhǔn)。此外，當(dāng)UI邏輯電路380以短時(shí)間間隔閃爍信號(hào)健康LED(314，316或者318)時(shí)，就告訴用戶(hù)已經(jīng)觀(guān)察到指標(biāo)窗。如上文所描述的在步驟725至步驟740中，指標(biāo)邏輯電路200自激地估計(jì)指標(biāo)相位φZ(yǔ)。當(dāng)指標(biāo)相位已經(jīng)成功算出，在步驟750，UI邏輯電路將電源LED312返回至其正常的連續(xù)模式。用戶(hù)將在傳感器頭下前后移動(dòng)指標(biāo)標(biāo)記直到電源LED312返回其正常的連續(xù)模式。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)編碼器的校準(zhǔn)方法，編碼器產(chǎn)生兩個(gè)模擬的正交信號(hào)x、y，該方法包括a.產(chǎn)生模擬信號(hào)x，y的多個(gè)數(shù)字采樣xi，yi，i是從1至大于1的整數(shù)n中的整數(shù)；b.根據(jù)等式Xi＝(xi+Oxi+Pi×yi)×GxiYi＝(yi+Oyi)×Gyi生成多個(gè)校準(zhǔn)的采樣X(jué)i，Yi，Gxi和Gyi是定標(biāo)系數(shù)，Oxi和Oyi是偏移系數(shù)，Pi是相位系數(shù)；c.根據(jù)等式Mi=Xi2+Yi2]]>φi=ATAN[YiXi]]]>產(chǎn)生多個(gè)量值Mi和相位φi采樣，Mi和φi根據(jù)等式Vi＝Miexp(jφi)來(lái)定義相量Vi的一個(gè)采樣，j是-1的復(fù)數(shù)平方根，其中Vi可由具有第一端和第二端的線(xiàn)段表示，第一端位于平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，該坐標(biāo)系定義一x軸和一y軸，原點(diǎn)位于x軸和y軸的交叉點(diǎn)，第二端在由相對(duì)x軸的等于相位φI的一角度確定的方向上離開(kāi)第一端的距離等于量值Mi；d.提供用于定標(biāo)系數(shù)Gx1和Gy1，偏移系數(shù)Ox1和Oy1及相位系數(shù)P1的初始值；e.調(diào)整定標(biāo)系數(shù)，偏移系數(shù)，及相位系數(shù)的值以使得Gxi+1等于Gxi或者Gxi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，Gyi+1等于Gyi或者Gyi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，Oxi+1等于Oxi或者Oxi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，Oyi+1等于Oyi或者Oyi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值，Pi+1等于Pi或者Pi加上/減去一個(gè)增量的調(diào)整值；這些增量的調(diào)整值被作出以使得假定的相量V′i的第二端和一圓之間的距離小于或者等于相量Vi的第二末端和該圓之間的距離，該圓具有預(yù)定的半徑并以原點(diǎn)中心，該假定的相量V′i由下面的等式確定X′i＝(xi+Oxi+1+Pi+1×yi)×Gxi+1Y′i＝(yi+Oyi+1)×Gyi+1Mi′=Xi′2+Yi′2]]>φ′i=ATAN[Y′iX′i]]]>V′i-M′iexp(jφ′i)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)Vi位于圓的一半上時(shí)，系數(shù)Gxi和Oxi被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk位于圓的另一半上，k大于i。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該圓包括左半部分和右半部分，左半部分在原點(diǎn)的左邊，右半部分在原點(diǎn)的右邊，其中當(dāng)Vi位于圓的左半部分時(shí)，系數(shù)Gxi和Oxi被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk位于圓的右半部分，k大于i。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)Vi位于圓的一半上時(shí)，系數(shù)Gyi和Oyi被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk位于圓的另一半上，k大于i。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該圓包括上半部分和下半部分，原點(diǎn)的上面為上半部分，原點(diǎn)的下面為下半部分，其中當(dāng)Vi位于圓的上半部分時(shí)，系數(shù)Gyi和Oyi被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk位于圓的下半部分，k大于i。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)Vi位于圓的一個(gè)四分之一圓周上時(shí)，系數(shù)Pi被調(diào)整一次，且不再被調(diào)整直到Vk位于圓的另一個(gè)不同的四分之一圓周上，k大于i。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該圓是一單位圓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中這些系數(shù)的值根據(jù)下表調(diào)整
其中增量值“1”是一個(gè)最低有效比特。
9.一種與光學(xué)編碼器一起使用的處理裝置，該裝置包括a.數(shù)字估計(jì)器，用于根據(jù)等式φi=ATAN[YiXi]]]>產(chǎn)生的相位φi的采樣，Xi和Yi是從編碼器接收到的正交信號(hào)的采樣，i是從1至整數(shù)n中的一個(gè)整數(shù)；b.條紋計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)，每次當(dāng)測(cè)量的模2π的相位從單位圓的第四個(gè)四分之一圓周經(jīng)過(guò)至單位圓的第一個(gè)四分之一圓周時(shí)，計(jì)數(shù)就增加1，每次當(dāng)測(cè)量的模2π的相位從單位圓的第一個(gè)四分之一圓周經(jīng)過(guò)至單位圓的第四個(gè)四分之一圓周時(shí)，計(jì)數(shù)就減1，第四個(gè)四分之一圓周是從角 延伸至2π，第一個(gè)四分之一圓周是從角度0延伸至 c.狀態(tài)發(fā)生器，用于接收該計(jì)數(shù)及相位φi的采樣并作為對(duì)其響應(yīng)以A平方B的格式產(chǎn)生兩個(gè)短脈沖串輸出信號(hào)，每一個(gè)短脈沖串輸出信號(hào)在任意時(shí)間點(diǎn)上被特征化在高值的狀態(tài)或低值的狀態(tài)，并包括插入器，用于產(chǎn)生表示該計(jì)數(shù)和相位φI的一整數(shù)；累加器，用于通過(guò)計(jì)數(shù)A平方B的短脈沖串輸出信號(hào)中的轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生一運(yùn)行和；比較器，用于產(chǎn)生表示該整數(shù)和該運(yùn)行和之間的差的帶有符號(hào)的差值；短脈沖串發(fā)生器，用于產(chǎn)生A平方B短脈沖串輸出信號(hào)中的轉(zhuǎn)變直到該帶有符號(hào)的差值為零。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的處理裝置，其中相位φi的采樣被表示為具有Dmax比特的二進(jìn)制數(shù)，Dmax是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)被表示為具有d比特的一二進(jìn)制數(shù)，d是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)具有D個(gè)最低有效比特和d減去D個(gè)最高有效比特，D是用戶(hù)選擇的大于零小于d并且小于Dmax的一整數(shù)，插入器可以通過(guò)設(shè)置該整數(shù)的D個(gè)最低有效比特等于相位φi的D個(gè)最高有效比特，并通過(guò)設(shè)置該整數(shù)的d減去D個(gè)最高有效比特等于該計(jì)數(shù)的d減去D個(gè)最低有效比特來(lái)生成該整數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的處理裝置，其中相位φi的采樣被表示為具有Dmax比特的二進(jìn)制數(shù)，Dmax是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)被表示為具有d比特的一二進(jìn)制數(shù)，d是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)具有D個(gè)最低有效比特和d減去D個(gè)最高有效比特，D是滿(mǎn)足等式D≥Dmax+log(S)/log(2)的最小整數(shù)，S是用戶(hù)選擇的比例因子，插入器產(chǎn)生一定標(biāo)相位θi，該定標(biāo)相位θi等于相位φI與用戶(hù)選擇比例因子S的乘積，插入器通過(guò)將該整數(shù)的D個(gè)最低有效比特設(shè)置等于定標(biāo)的相位θI的D個(gè)最低有效比特，且通過(guò)將該整數(shù)的d減去D個(gè)最高有效比特設(shè)置等于該計(jì)數(shù)的d減去D個(gè)最低有效比特來(lái)生成該整數(shù)。
12.一種處理光學(xué)編碼器產(chǎn)生的信號(hào)的方法，包括a.根據(jù)等式φi=ATAN[YiXi]]]>產(chǎn)生相位φi的采樣，Xi和Yi是從該編碼器接收到的正交信號(hào)的采樣，i是從1至整數(shù)n中的一個(gè)整數(shù)；b.產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)，每當(dāng)測(cè)量的模2π的相位從單位圓的第四個(gè)四分之一圓周經(jīng)過(guò)至單位圓的第一個(gè)四分之一圓周時(shí)，計(jì)數(shù)就增加1，每當(dāng)測(cè)量的模2π的相位從單位圓的第一個(gè)四分之一圓周經(jīng)過(guò)至單位圓的第四個(gè)四分之一圓周時(shí)，計(jì)數(shù)就減1，第四個(gè)四分之一圓周是從角 延伸至2π，第一個(gè)四分之一圓周是從角度0延伸至 c.通過(guò)以下步驟以A平方B的格式產(chǎn)生兩個(gè)短脈沖串輸出信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)代表該計(jì)數(shù)和相位φI的整數(shù)；計(jì)數(shù)A平方B的短脈沖串輸出信號(hào)中的轉(zhuǎn)變來(lái)產(chǎn)生一運(yùn)行和；產(chǎn)生代表該整數(shù)和該運(yùn)行和之間的差的帶有符號(hào)的差值；產(chǎn)生A平方B的短脈沖串輸出信號(hào)中轉(zhuǎn)變直到該帶有符號(hào)的差值為零。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中相位φi的采樣被表示為具有Dmax比特的二進(jìn)制數(shù)，Dmax是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)被表示為具有d比特的一二進(jìn)制數(shù)，d是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)具有D個(gè)最低有效比特和d減去D個(gè)最高有效比特，D是用戶(hù)選擇的大于零小于d并且小于Dmax的一整數(shù)，通過(guò)設(shè)置該整數(shù)的D個(gè)最低有效比特等于相位φi的D個(gè)最高有效比特，并通過(guò)設(shè)置該整數(shù)的d減去D個(gè)最高有效比特等于該計(jì)數(shù)的d減去D個(gè)最低有效比特來(lái)生成該整數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中相位φi的采樣被表示為具有Dmax比特的二進(jìn)制數(shù)，Dmax是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)被表示為具有d比特的二進(jìn)制數(shù)，d是一預(yù)先確定的整數(shù)，該整數(shù)具有D個(gè)最低有效比特和d減去D個(gè)最高有效比特，D是滿(mǎn)足等式D≥Dmax+log(S)/log(2)的最小整數(shù)，S是用戶(hù)選擇的比例因子，該方法進(jìn)一步包括產(chǎn)生一定標(biāo)相位θi，該定標(biāo)相位θi等于相位φI與用戶(hù)選擇比例因子S的乘積，通過(guò)將該整數(shù)的D個(gè)最低有效比特設(shè)置等于定標(biāo)的相位θI的D個(gè)最低有效比特，且通過(guò)將該整數(shù)的d減去D個(gè)最高有效比特設(shè)置等于該計(jì)數(shù)的d減去D個(gè)最低有效比特來(lái)生成該整數(shù)。
15.一種為光學(xué)編碼器產(chǎn)生指標(biāo)信號(hào)的方法，該編碼器產(chǎn)生指示一標(biāo)尺相對(duì)于傳感器頭的位置的擬正弦曲線(xiàn)的正交信號(hào)，該編碼器還產(chǎn)生一個(gè)窗口信號(hào)，只要標(biāo)尺的指標(biāo)標(biāo)記與傳感器頭對(duì)準(zhǔn)，該窗口信號(hào)就具有高值的特性，只要標(biāo)尺的指標(biāo)標(biāo)記與傳感器頭不對(duì)準(zhǔn)，該窗口信號(hào)就具有低值的特性，該方法包括a.當(dāng)窗口信號(hào)從低值轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧禃r(shí)，設(shè)置第一數(shù)等于相位的值；b.當(dāng)窗口信號(hào)從高值轉(zhuǎn)變?yōu)榈椭禃r(shí)，設(shè)置第二數(shù)等于相位的值；c.如果第一數(shù)和第二數(shù)之間的差值大于π而小于3π，相位指標(biāo)就設(shè)置為等于第一數(shù)和第二數(shù)之間的差；d.只要該窗口信號(hào)具有高值的特性且當(dāng)該相位基本上等于該相位指標(biāo)時(shí)，生成該指標(biāo)信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中該相位指標(biāo)基本上等于第一數(shù)和第二數(shù)之間的中間值。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中步驟(a)，(b)和(c)僅僅在接收到校準(zhǔn)指令之后被執(zhí)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，包括當(dāng)窗口信號(hào)為高值的特性時(shí)給用戶(hù)提供一個(gè)指示的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中給用戶(hù)提供一個(gè)指示的步驟還包括啟動(dòng)一光源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的電子處理裝置計(jì)算并施加校準(zhǔn)給產(chǎn)生擬正弦曲線(xiàn)正交信號(hào)的傳感器。該裝置包括一個(gè)或者兩個(gè)固定并可編程的電子電路。該裝置包括一個(gè)電路來(lái)計(jì)算與兩個(gè)輸入(正交)信號(hào)相應(yīng)的相位和量值。該裝置還包括一個(gè)來(lái)累計(jì)輸入信號(hào)周期數(shù)的電路。該裝置還包括一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生增益，偏移和相位校準(zhǔn)系數(shù)的電路，其中該電路把測(cè)量得到的相量的相位空間位置和理想相量的位置相比較，理想向量的相位空間軌跡是一個(gè)預(yù)定半徑的圓并且沒(méi)有偏移。根據(jù)編程的規(guī)則，不需要用戶(hù)介入來(lái)進(jìn)行系數(shù)的計(jì)算。該裝置還包括根據(jù)I(I′)III公式X.＝(x.+Ox.+P；×y .)×G x，提供增益，偏移和相位校準(zhǔn)系數(shù)給測(cè)量的正交信號(hào)X
文檔編號(hào)G01D5/26GK1613187SQ02826684
公開(kāi)日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月2日
發(fā)明者保羅·雷米拉德, 斯圖爾特·謝克特, 道格拉斯·A·克林拜爾 申請(qǐng)人:微電系統(tǒng)公司