專(zhuān)利名稱(chēng):用以指示變量值的設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及用以指示一種變量值的設(shè)備。本發(fā)明特別適用于內(nèi)插器，例如，可用于位置編碼器中。
在內(nèi)插器的公知形式中，在相位上等間距的一系列正弦波是從正交正弦波輸入信號(hào)導(dǎo)出的，內(nèi)插處理過(guò)程是通過(guò)將該系列正弦波施加到其輸出表示相應(yīng)的輸入值大于或小于零的相應(yīng)的比較器中。每次任意一個(gè)比較器的輸出發(fā)生變化時(shí)，一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄一個(gè)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方向則依賴(lài)于比較器輸出變化的方向。公知電路的問(wèn)題在于，若寄生脈沖被計(jì)數(shù)，則以后的計(jì)數(shù)永久地保持在錯(cuò)誤之中。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供以一種具有供檢測(cè)表示一內(nèi)插處理過(guò)程的一計(jì)數(shù)中的錯(cuò)誤并對(duì)任何已被檢測(cè)出的錯(cuò)誤予以糾正的裝置的內(nèi)插器。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種這樣的內(nèi)插器，在該內(nèi)插器中，表示內(nèi)插處理過(guò)程的一個(gè)輸出計(jì)數(shù)是從一個(gè)對(duì)多個(gè)比較器的實(shí)際輸出值有響應(yīng)的電路導(dǎo)出而得到的，而不是象現(xiàn)有技術(shù)那樣，只對(duì)所述值的變化有響應(yīng)。
下面參照附圖通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步敘述本發(fā)明。附圖中圖1是本發(fā)明一個(gè)最佳實(shí)施例的示意圖;
圖2是一個(gè)波形圖和一個(gè)表，用以說(shuō)明圖1實(shí)施例的工作情況;
圖3是更詳細(xì)表示圖1所示儀器一部分值得推薦的形式的方框圖。
參看圖1。其轉(zhuǎn)動(dòng)位置是待監(jiān)控的轉(zhuǎn)軸2配備以固定在轉(zhuǎn)軸2上的并在圍繞其邊緣處有一光柵6的轉(zhuǎn)盤(pán)4。來(lái)自光源8的光照射到光柵6后，反射到第一和第二轉(zhuǎn)換器10和12上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換器10和12就根據(jù)光柵6的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生正交輸出信號(hào)。在圖2中的A所示的這些正交信號(hào)A和A被施加到循環(huán)計(jì)數(shù)器14上，該循環(huán)計(jì)數(shù)器14則按公知的方式工作，以便在輸出16上提供表示轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)位置的輸出二進(jìn)制數(shù)。這樣，在波形A1完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由循環(huán)計(jì)數(shù)器14的數(shù)輸出增加或減少一個(gè)計(jì)數(shù)單位，另一波形A2則用以確定該轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
為將轉(zhuǎn)軸2的位置分解成波形A1各周期的分?jǐn)?shù)，將轉(zhuǎn)換器10和12的輸出施加到內(nèi)插器18上。內(nèi)插器18包括一個(gè)矩陣電路20。矩陣電路20接收波形A，并通過(guò)不同比例將一個(gè)波形A加到其它波形A，由它們導(dǎo)出如圖2B中所示的一套十個(gè)正弦波B0至B9。這些正弦波的頻率與波A1和A2的一樣，而且它們?cè)谙辔簧媳舜说乳g距，因而十個(gè)波B0至B9的十個(gè)過(guò)零點(diǎn)分別表示在波A1的每個(gè)周期中，因而也是光柵6每個(gè)周期中轉(zhuǎn)軸2的二十個(gè)等間距位置。波形B0至B9經(jīng)矩陣電路并行輸出后并被施加到一組十個(gè)比較器22的相應(yīng)的一個(gè)比較器中。每個(gè)比較器22被安排成用以在相應(yīng)的輸入波B0至B9具有大于零的值時(shí)輸出二進(jìn)制1，反之則輸出二進(jìn)制0。這些二進(jìn)制輸出出現(xiàn)在線(xiàn)路C0至C9上，并具有圖2的表C中所示的，在光柵的每個(gè)全循環(huán)中關(guān)于轉(zhuǎn)軸2的二十個(gè)位置中每個(gè)位置的值。表C中，這二十個(gè)位置在表達(dá)的最上行以位置0至19標(biāo)示，對(duì)任意一個(gè)給定位置比較器的輸出C0至C9則可通過(guò)往下讀出表中相應(yīng)于該位置的列而觀察出來(lái)。從這個(gè)表可以看出，轉(zhuǎn)軸2的位置可通過(guò)檢驗(yàn)比較器的輸出C0至C9以判明兩毗鄰比較器其中哪一個(gè)比較器輸出為二進(jìn)制1，而另一個(gè)比較器輸出為二進(jìn)制0，從而確定轉(zhuǎn)軸2的位置。舉例來(lái)說(shuō)，若比較器3的輸出為二進(jìn)制1，比較器4的輸出為二進(jìn)制0，則轉(zhuǎn)軸2就處于位置3。若轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)到位置4，則比較器輸出C4變?yōu)槎M(jìn)制1，因而這個(gè)位置就以比較器輸出C4由二進(jìn)制1表示，而比較器輸出C5為二進(jìn)制0本身。這樣，要確定0至9的位置可通過(guò)追蹤在“0”組26與“1”組28之間的界線(xiàn)24而獲得。同樣，在A1的第二個(gè)半周期中位置10至19可通過(guò)追蹤在“1”組28與“0”組32之間的界線(xiàn)30而確定的。此種追蹤是由數(shù)據(jù)選擇電路34、邏輯電路36和計(jì)數(shù)器電路38完成的。計(jì)數(shù)器電路38在40處輸出的二進(jìn)制數(shù)表示轉(zhuǎn)軸2是處在0至19的哪一個(gè)位置上。
如圖3所示，數(shù)據(jù)選擇電路34包括兩數(shù)據(jù)選擇器42和44，每一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器都具有十個(gè)數(shù)據(jù)輸入D0至D9。信號(hào)C0至C9分別被施加到選擇器42的輸入C0至D9。信號(hào)C1至C9也分別施加到選擇器44的輸入D0至D8。選擇器44的輸入D9接收信號(hào)C0的倒相信號(hào)C
0。電路42和44具有相應(yīng)的地址輸入46、48和相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出50、52。利用地址輸入46、48，施加到每一選擇器42、44的任意一個(gè)輸入D0至D9的信號(hào)都可選擇地應(yīng)用于相應(yīng)的輸出50、52上。地址輸入46和48都接到二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器54的輸出，因而選擇器42和44總是將來(lái)自對(duì)應(yīng)的輸入D0至D9的信號(hào)施加到它們相應(yīng)的輸出50和52上。因此，若計(jì)數(shù)器54對(duì)選擇器44的輸入D2尋址，信號(hào)C2出現(xiàn)在輸出50上，而信號(hào)C3則出現(xiàn)在輸出52上。通過(guò)使計(jì)數(shù)器54遞增計(jì)數(shù)或遞減計(jì)數(shù)從而順次對(duì)輸入D0至D9尋址就可限定圖2表中界線(xiàn)24或30的位置。
出現(xiàn)在線(xiàn)路50和52的信號(hào)通過(guò)鎖存電路55和56供應(yīng)到計(jì)數(shù)器控制電路62的相應(yīng)的輸入端58和60。若轉(zhuǎn)軸2處在1至9的位置中之一，即在A1的第一個(gè)半周期內(nèi)，且計(jì)數(shù)器控制電路62在其每一個(gè)輸入58和60檢測(cè)出二進(jìn)制1，該計(jì)數(shù)器控制電路在線(xiàn)路64上輸出一個(gè)信號(hào)以使二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器54遞增計(jì)數(shù)一個(gè)計(jì)數(shù)單位，此過(guò)程被重復(fù)，直到在輸入60上出現(xiàn)二進(jìn)制0為止。輸入D0至D9以這種方式輪流地被尋址，直至遇到界線(xiàn)24的位置為止。同樣，再次假設(shè)轉(zhuǎn)軸2處于1至9的位置中之一時(shí)，若計(jì)數(shù)器控制電路62在其輸入58和60都收到“0”，該計(jì)數(shù)器控制電路則在線(xiàn)路66上輸出一個(gè)信號(hào)，以使計(jì)數(shù)器54遞減計(jì)數(shù)一個(gè)計(jì)數(shù)單位，此過(guò)程也同樣被重復(fù)，直到確定界線(xiàn)24的位置為止。若計(jì)數(shù)器控制電路62在輸入58接收一個(gè)1，而在輸入60接收一個(gè)0，則計(jì)數(shù)器54的計(jì)數(shù)不變。
若轉(zhuǎn)軸2處在位置10至19的位置中之一時(shí)，即對(duì)應(yīng)于A1第二個(gè)半周期的位置，則計(jì)數(shù)器控制電路62的邏輯電路反相，該計(jì)數(shù)器控制電路應(yīng)向二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器54發(fā)出指令，以便在響應(yīng)輸入58、60的每一個(gè)輸入上的一個(gè)1進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)和在響應(yīng)輸入58、60的每一個(gè)輸入上的一個(gè)0而進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)。半循環(huán)計(jì)數(shù)器68根據(jù)二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器54的數(shù)確定該位置處于A1第一個(gè)半周期的位置，抑或處于A1第二個(gè)半周期的位置，同時(shí)通過(guò)線(xiàn)路70向控制電路62輸出適當(dāng)指令。
根據(jù)圖2和3不難理解，當(dāng)半循環(huán)計(jì)數(shù)器68表明該位置是處于A1的第一個(gè)半周期時(shí)，在線(xiàn)路58上出現(xiàn)二進(jìn)制0，同時(shí)線(xiàn)路60上出現(xiàn)二進(jìn)制1時(shí)，則表示處于錯(cuò)誤狀態(tài)。同樣，當(dāng)半循環(huán)計(jì)數(shù)器68表明該位置處于A1的第二個(gè)半周期時(shí)，在線(xiàn)路58上出現(xiàn)二進(jìn)制1，同時(shí)在線(xiàn)路60上出現(xiàn)二進(jìn)制0，則也表示處于錯(cuò)誤狀態(tài)。出現(xiàn)這種狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器控制電路62的輸出61上就出現(xiàn)錯(cuò)誤標(biāo)記。
因此，計(jì)數(shù)器54的計(jì)數(shù)表示轉(zhuǎn)軸2處在0至19的哪一個(gè)位置上。在圖3所示的實(shí)施例中，二進(jìn)制計(jì)數(shù)器72中也記錄著對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)，這使該計(jì)數(shù)器分別響應(yīng)線(xiàn)路64和66上的信號(hào)向下計(jì)數(shù)或向上計(jì)數(shù)，以便以純二進(jìn)制的形式提供表示轉(zhuǎn)軸2位置的輸出。但計(jì)數(shù)器72中的計(jì)數(shù)不會(huì)在每一周期內(nèi)提供表示位置的絕對(duì)指示，除非提供以為確保存儲(chǔ)在二進(jìn)制計(jì)數(shù)器72中的實(shí)際數(shù)與存儲(chǔ)在二-十進(jìn)值計(jì)數(shù)器54中的實(shí)際數(shù)相等的線(xiàn)路。盡管這一點(diǎn)是不難實(shí)現(xiàn)，但在許多應(yīng)用中，并不一定非這樣做不可，因?yàn)橥ㄟ^(guò)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器72的任意一個(gè)輸入線(xiàn)路64和66施加到二進(jìn)制計(jì)數(shù)器72的任何寄生脈沖也會(huì)同時(shí)施加到二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器54上，然后自動(dòng)地被校正。但若需要在每一周期內(nèi)指示出絕對(duì)位置時(shí)，則可以二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器54的輸出獲取。
如前所述，選擇器44的輸入D9接收信號(hào)C
0。根據(jù)圖2的表可看到，為提供位置9和19的指示，這樣做是必要的。
顯然從內(nèi)插器的工作來(lái)考慮，與現(xiàn)有技術(shù)的器件不同，無(wú)需在起動(dòng)階段以轉(zhuǎn)軸2處于已知位置情況下向計(jì)數(shù)器寄存已知的數(shù)，因?yàn)椴捎帽景l(fā)明時(shí)，在起動(dòng)時(shí)，在計(jì)數(shù)器54中無(wú)論是什么數(shù)，將根據(jù)需要會(huì)自動(dòng)地被校正過(guò)來(lái)。因此，上面敘述的電路布局確保計(jì)數(shù)器54中的計(jì)數(shù)在每一光柵周期內(nèi)為轉(zhuǎn)軸2的絕對(duì)位置提供準(zhǔn)確的插值。如前面所述，計(jì)數(shù)器72的計(jì)數(shù)不指示絕對(duì)位置，因?yàn)橛?jì)數(shù)器中的數(shù)是依賴(lài)于在起動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器穩(wěn)定下來(lái)的方式而定，但這之后，二進(jìn)制計(jì)數(shù)器72中數(shù)的變化提供準(zhǔn)確的插值。當(dāng)發(fā)生例如由于計(jì)數(shù)器錯(cuò)誤計(jì)數(shù)造成的轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生寄生信號(hào)而使計(jì)數(shù)器54的計(jì)數(shù)與轉(zhuǎn)軸2的位置不相對(duì)應(yīng)時(shí)，這就會(huì)通過(guò)在電路62的輸入58、60上出現(xiàn)的兩個(gè)二進(jìn)制“1”或兩個(gè)二進(jìn)制“0”而被檢測(cè)出來(lái)，同時(shí)計(jì)數(shù)器54和72會(huì)在適當(dāng)?shù)姆较蛏鲜茯?qū)動(dòng)，直到計(jì)數(shù)器54確定界線(xiàn)24或30的位置為止。這樣，在所示的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)選擇電路34和邏輯電路38的工作是檢測(cè)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，并對(duì)任何這類(lèi)錯(cuò)誤進(jìn)行校正，這是通過(guò)檢查諸比較器輸出的實(shí)際狀況并在計(jì)數(shù)與該狀況不一致時(shí)修正該計(jì)數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明具有各種各樣的用途。雖然上面是就轉(zhuǎn)動(dòng)位置檢測(cè)的布局方式敘述了本發(fā)明，但它同樣也適用于檢測(cè)作線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)元件的位置。本發(fā)明還可采用上述以外的光學(xué)轉(zhuǎn)換器，例如象計(jì)量技術(shù)中供高分辨率檢測(cè)所用的那種干涉測(cè)量轉(zhuǎn)換器等。此外，還可配備光學(xué)轉(zhuǎn)換器以外的轉(zhuǎn)換器，供產(chǎn)生輸入正弦波或多個(gè)正弦波之用。
本發(fā)明并不局限于位置的檢測(cè)，它還可用以對(duì)各種各樣的輸入信號(hào)進(jìn)行插值處理。
雖然以上所舉的實(shí)施例假定本發(fā)明是用硬連線(xiàn)邏輯電路付諸實(shí)施的，這樣做不僅操作速率高，而且市場(chǎng)上也可以買(mǎi)到現(xiàn)成的廉價(jià)邏輯元件，因而是較為理想的，但本發(fā)明也可至少部分采用軟件付諸實(shí)施，盡管這樣做可能會(huì)降低響應(yīng)速率。
雖然這里是以?xún)?nèi)插器為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明也可應(yīng)用于其它用以指示變量值的設(shè)備。但若本發(fā)明在位置編碼器中與內(nèi)插法配合使用時(shí)則特別有利。
權(quán)利要求
1.一種用以指示變量值的設(shè)備，該設(shè)備包括用以獲取一系列隨所述變量變化而作周期性變化且具有不同相位的類(lèi)似信號(hào)的裝置(20)，用以存儲(chǔ)表示已達(dá)到預(yù)定條件的所述變化著的信號(hào)的數(shù)的一個(gè)數(shù)的裝置(38)和用以響應(yīng)所述周期性地變化著的信號(hào)的變化改變所述已存儲(chǔ)數(shù)的裝置(34，36)；其特征在于，所述數(shù)改變裝置(34，36)對(duì)所述已存儲(chǔ)的數(shù)和所述變化著的信號(hào)的實(shí)際條件都有響應(yīng)，以便在發(fā)生所述已存儲(chǔ)的數(shù)與所述實(shí)際條件不一致時(shí)改變所述已存儲(chǔ)的數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于裝置(22)限定了所述周期性地變化的信號(hào)通過(guò)該裝置時(shí)的閾值，且所述數(shù)改變裝置(34，36)包括裝置(42，44，62)，用以確定相對(duì)于所述周期性地變化信號(hào)的某一毗鄰對(duì)的所述閾值的值在所述已存儲(chǔ)數(shù)所限定的所述系列中的一個(gè)位置上，并用以改變所述已存儲(chǔ)數(shù)，直至它限定所述分別具有高于和低于閾值的值的所述周期性地變化的信號(hào)的某一毗鄰對(duì)的位置為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的設(shè)備，其特征在于，所述改變裝置包括一個(gè)具有各安排成接收依賴(lài)于所述周期性地變化信號(hào)的相應(yīng)的一個(gè)不同信號(hào)的數(shù)據(jù)的多個(gè)輸入終端(C0至C9)的選擇電路(34)，所述選擇電路(34)由所述已存儲(chǔ)的數(shù)控制，用以選擇所述已存儲(chǔ)數(shù)所限定的毗鄰輸入終端(C0至C9);及一個(gè)邏輯裝置(62)，用以根據(jù)施加到所選擇的輸入終端(C0至C9)上的數(shù)據(jù)改變已存儲(chǔ)的數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值限定裝置(22)包括多個(gè)比較器，安排成用以接收相應(yīng)的每個(gè)所述周期性地變化信號(hào)，且各個(gè)比較器都被安排成用以將所述數(shù)據(jù)提供給所述輸入終端(C0至C9)的相應(yīng)的一個(gè)輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3或4所述的設(shè)備，其特征在于，所述選擇電路(34)包括兩個(gè)類(lèi)似的數(shù)據(jù)選擇器(42，44)，各數(shù)據(jù)選擇器具有多個(gè)數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)，該數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)與所述輸入終端(C0至C9)的相應(yīng)的一個(gè)輸入端連接，使所述兩數(shù)據(jù)選擇器(42，44)的所述數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)的對(duì)應(yīng)的每一個(gè)輸入接到所述輸入終端(C0至C9)的毗鄰輸入端，各個(gè)數(shù)據(jù)選擇器(42，44)具有一地址輸入(46，48)，已存儲(chǔ)的數(shù)被施加到該地址輸入上用以選擇所述數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2至5中的任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述周期性地變化的信號(hào)為正弦波。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值為所述正弦波的過(guò)零點(diǎn)。
8.根據(jù)以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的設(shè)備，其特征在于，所述尋出裝置(20)用以以正弦波的形式從一輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插處理以導(dǎo)出所述系列的周期性地變化的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的設(shè)備，其特征在于裝置(68)，是用以根據(jù)在輸入信號(hào)正弦波的第一個(gè)半周期抑或處于第二個(gè)半周期中進(jìn)行內(nèi)插處理過(guò)程來(lái)控制所述數(shù)變化的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置(68)包括一從所述數(shù)確定在輸入正弦波信號(hào)的第一個(gè)半周期中抑或第二個(gè)半周期中進(jìn)行內(nèi)插處理過(guò)程的計(jì)數(shù)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8至10中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)出裝置(20)用以從正交的第一和第二輸入正弦波信號(hào)導(dǎo)出所述周期性地變化的信號(hào)。
12.一種位置編碼器，其特征在于，該位置編碼器包括一用以提供依賴(lài)于其位置為待編碼的元件的運(yùn)動(dòng)的輸入信號(hào)的裝置(6，10，12);一用以提供依賴(lài)于由所述輸入信號(hào)指示的所述元件位置的計(jì)數(shù)的位置計(jì)數(shù)器(14);和一根據(jù)以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求
的設(shè)備(18)安排成用以接收所述輸入信號(hào)和用以在所述位置計(jì)數(shù)器(14)所指示的位置之間進(jìn)行內(nèi)插處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的編碼器，其特征在于，該編碼包括一光柵(6)和一轉(zhuǎn)換裝置(10，12)，用以提供所述輸入信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12或13所述的編碼器，其特征在于，該編碼器能對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)位置進(jìn)行編碼。
15.根據(jù)權(quán)利要求
12或13所述的編碼器，其特征在于，該編碼器能對(duì)線(xiàn)性位置進(jìn)行編碼。
專(zhuān)利摘要
在一種位置編碼器中，一內(nèi)插器從正交輸入信號(hào)尋出一系列在相位上等間距的正弦波，這些正弦波被施加到相應(yīng)的比較器上，這些比較器根據(jù)相應(yīng)的正弦波是在過(guò)零點(diǎn)之上或之下輸出二進(jìn)制零或二進(jìn)制一。內(nèi)插處理是通過(guò)識(shí)別一對(duì)毗鄰的所述正弦波進(jìn)行的，該對(duì)正弦波中，其中有一個(gè)具有大于零的值，另一個(gè)具有小于零的值，及一個(gè)計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)著表示這對(duì)信號(hào)的數(shù)。
文檔編號(hào)G01D5/245GK87106776SQ87106776
公開(kāi)日1988年4月13日 申請(qǐng)日期1987年10月2日
發(fā)明者彼得·迪安·奧尼恩 申請(qǐng)人:蘭克·泰勒·霍布森有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan