專利名稱：電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種長度測量方法，特別是電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法。 技術(shù)背景電調(diào)雙工濾波器廣泛應(yīng)用于二炮應(yīng)急通信系統(tǒng)、2Mb/s移動散射通信系統(tǒng)、跨海散 射通信裝備等軍用電子裝備中，是高性能軍用通信裝備的核心部件之一，其性能直接 關(guān)系到我軍通信裝備戰(zhàn)斗力水平的發(fā)展。而電調(diào)雙工濾波器腔體內(nèi)導(dǎo)體的長度變化決定濾波器的頻率，對內(nèi)導(dǎo)體長度的精密測量即可實現(xiàn)對濾波器實時頻率的確定。如附圖1所示，是利用傳動齒輪由步進電機實現(xiàn)對內(nèi)導(dǎo)體的軸向運動。該導(dǎo)體一 端伸入電調(diào)濾波器腔體中，另一端露在腔體外，與傳動齒輪、步進電機組合控制導(dǎo)體(含 螺紋)的軸向運動。為了獲知導(dǎo)體在軸向的運動距離，必須測得腔體中導(dǎo)體長度的變 化，然而該長度無法直接獲取。從而轉(zhuǎn)向根據(jù)步進電機來間接獲取這一長度，即由已 知提供給步進電機的脈沖數(shù)及步進電機的步距角，再根據(jù)軸上螺紋的螺距便可以計算 出導(dǎo)體的運動距離。然而，負(fù)載太大或頻率太高等原因，容易造成步進電機的失步， 從而使得計算出的距離精度不高甚至?xí)霈F(xiàn)偏差。為解決以上問題，引入編碼器。實 現(xiàn)結(jié)構(gòu)為在腔體外的導(dǎo)體上加一個軸套，在軸套上安裝一個增量式編碼器以便進一步 提高精度，但是傳統(tǒng)的增量式編碼器在轉(zhuǎn)速測量或長度測量中，其精度是受編碼器中 的碼盤尺寸和孔的多少決定，而采用更高精度的其它方法測受使用條件的限制。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是設(shè)計一種測量精度高、精度調(diào)整方便的電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長 度在線測量方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法，其特征 是，它至少包括如下步驟1) 利用傳動齒輪、步進電機組合控制導(dǎo)體(含螺紋)的軸向運動，利用步進電機 來間接獲得內(nèi)導(dǎo)體的長度；2) 利用增量式編碼器辨別導(dǎo)體的轉(zhuǎn)動方向和運動距離；3) 對增量式編碼器輸出脈沖信號倍頻處理；4) 倍頻處理的最后結(jié)果進行在線顯示。所述的倍頻處理通過一個周期測量計數(shù)器模塊完成，周期測量計數(shù)器模塊將兩個增量式編碼器輸出脈沖作為一個周期T，以倍頻頻率f進行計數(shù)，T/f作為第二個增量式 編碼器輸出開始的輸出精度。所述的倍頻頻率f依據(jù)一個倍頻模塊完成，讀取倍頻模塊的數(shù)值，數(shù)值取值在2至2 的N次方之間，根據(jù)讀取倍頻模塊的數(shù)值決定f的大小。所述的利用步進電機來間接獲得內(nèi)導(dǎo)體的長度是通過提供給步進電機的脈沖數(shù)及 步進電機的步距角，再根據(jù)軸上螺紋的螺距計算出導(dǎo)體的運動距離。所述的增量式編碼器工作時，每一次一個周期的計數(shù)值將給出新的一次倍頻器的 分辨率。本發(fā)明的特點是本發(fā)明利用傳動齒輪、步進電機組合控制導(dǎo)體(含螺紋)的軸 向運動，利用步進電機來間接獲得內(nèi)導(dǎo)體的長度；利用增量式編碼器辨別導(dǎo)體的轉(zhuǎn)動 方向和運動距離；對增量式編碼器輸出脈沖信號倍頻處理；倍頻處理的最后結(jié)果進行 在線顯示。其測量精度高、精度調(diào)整方便，并且其精度根據(jù)需要可以任意調(diào)整。


下面結(jié)合實施例附圖對本發(fā)明做進一步說明。 圖1是電調(diào)雙工濾波器測量內(nèi)導(dǎo)體長度示意圖； 圖2是數(shù)字任意倍頻器總體構(gòu)成示意圖； 圖3是編碼器原理圖。圖中1、光電發(fā)射接收管；2、編碼盤；3、步進電機；4、傳動齒輪；5、電調(diào)濾 波器腔體；6、含螺紋導(dǎo)體；7、軸套。
具體實施方式
如圖1所示，含螺紋導(dǎo)體6 —端伸入電調(diào)濾波器腔體5中，另一端露在電調(diào)濾波 器腔體5外與傳動齒輪4套接連接。傳動齒輪4套接在含螺紋導(dǎo)體6上,傳動齒輪4通 過與步進電機3的輸出軸齒耦合實現(xiàn)螺紋導(dǎo)體6的軸向運動。為了獲取螺紋導(dǎo)體6在 軸向的運動距離，根據(jù)步進電機3來間接獲取這一長度，即由已知提供給步進電機3 的脈沖數(shù)及步進電機3的步距角，再根據(jù)軸上螺紋的螺距便可以計算出導(dǎo)體的運動距 離。例如，已知步進電機的步距角為1.2度，螺紋的螺距是3mm，如果檢測到提供給步 進電機3的脈沖數(shù)為100，則可以計算出導(dǎo)體運動的距離為(假設(shè)電機沒有失步) 100X (1. 20 /360。 ) X3鵬=1咖而在電調(diào)濾波器腔體5外的導(dǎo)體上加一個軸套7，在軸套7上安裝一個增量式編碼 器，增量式編碼器的傳感部分包括A、 B兩組光電發(fā)射接收管l和編碼盤2; A、 B兩 組光電發(fā)射接收管1分別放置在編碼盤2的光孔通過位置，并依增量式編碼器的技術(shù)要求固定。這樣，A、 B兩組光電發(fā)射接收管l和編碼盤2及處理器可以準(zhǔn)確辨別該導(dǎo) 體的轉(zhuǎn)動方向(或直線移動方向)以及該方向上的移動距離。這可通過下面的具體說 明進行了解。① 增量式編碼器的基本原理增量式編碼器被廣泛用于各種位移測量。它是一種將角位移轉(zhuǎn)換成一連串電數(shù)字 脈沖的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒條或螺旋桿結(jié)合 在一起，也可于控制直線位移。增量型光電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。正如上面提到的增量式編碼器的傳感部分包括光電發(fā)射接收管l 和編碼盤2;而光電發(fā)射接收管l包括兩組，分別放置在編碼盤2的光孔通過位置，編碼 盤2是在圓板上等分地出一周占空比相等的長方形孔或圓孔?；颦h(huán)形通、暗的刻線，由A、 B兩組光電發(fā)射接收管l讀取。其原理示意可通過圖3說明增量型光電編碼器進行位移檢測時，光電發(fā)射接收管1的光電二極管接收的莫爾 條紋信號是呈近似正弦變化的，同時將它轉(zhuǎn)換為周期性的正弦電信號。然后將此信號進行處理，經(jīng)相加、積分、整形后得到方波信號。輸出信號為A, B， Z。其中，A， B 為每移動一個單位刻度輸出的方波信號，A和B的位置保證A和B相位差為90度,z為 旋轉(zhuǎn)一周輸出的一個方波信號，代表零位參考位。② 利用編碼器辨別導(dǎo)體的轉(zhuǎn)動方向(或直線移動方向)由于編碼盤2與螺紋導(dǎo)體6同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與該導(dǎo)體同速旋轉(zhuǎn)。因此 判斷出光電碼盤的方向就是該導(dǎo)體的轉(zhuǎn)動方向。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動時，A和B輸出信號是相位 差為90度的脈沖信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號Z(它作為碼 盤的基準(zhǔn)位置，給計數(shù)系統(tǒng)提供了一個初始的零位信號)。從A、 B兩個輸出信號的相位 關(guān)系(超前或滯后)可判斷旋轉(zhuǎn)的方向。由圖2可見，當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時，A道脈沖波形比B 道超前90度，而反轉(zhuǎn)時，A道脈沖比B道滯后90度。根據(jù)A (B)相脈沖信號上升沿或下降 沿時刻所對應(yīng)的B (A)相脈沖信號的邏輯電平值進行計數(shù)操作， 一般以A相為計數(shù)脈沖、 B相為辨向脈沖(同樣也可以以B相為計數(shù)脈沖、A相為辨向脈沖)，增量式光電編碼器 的正反轉(zhuǎn)是根據(jù)輸出脈沖波形的相互關(guān)系來判別的。增量式光電編碼器正反轉(zhuǎn)判定表如下表1所示-編碼器正反轉(zhuǎn)判定表A相 B相 轉(zhuǎn)向高電平 上升沿 正轉(zhuǎn)低電平 下降沿 正轉(zhuǎn)高電平 下降沿 反轉(zhuǎn)低電平 上升沿 反轉(zhuǎn)表l.編碼器正反轉(zhuǎn)判定表 另外，我們也可以根據(jù)其運動周期的時序來判斷轉(zhuǎn)動的方向，如下表2所示正轉(zhuǎn)運動 反轉(zhuǎn)速動A B A B11 110 1 100 0 0 010 0 1表2.轉(zhuǎn)動方向與高低電壓關(guān)系我們把當(dāng)前的A、 B輸出值保存起來，與下一個A、 B輸出值做比較，就可以輕易 的得出其運動方向。例如，當(dāng)前測得A、 B輸出值為l 1,即A通道和B通道輸出均為 高電平，如果測得下一時刻A、 B輸出值為l 0，即A通道輸出高電平，B通道輸出低 電平，說明編碼器做反轉(zhuǎn)運動；如果測得下一時刻A、 B輸出值為0 1，即A通道輸出 高電平，B通道輸出低電平，說明編碼器做正轉(zhuǎn)運動。③利用編碼器計算內(nèi)導(dǎo)體的運動距離要計算內(nèi)導(dǎo)體的運動距離，需知道導(dǎo)體轉(zhuǎn)動了幾周，而導(dǎo)體的轉(zhuǎn)動周數(shù)與編碼器 的轉(zhuǎn)動周數(shù)是相同的。導(dǎo)體軸的每圈轉(zhuǎn)動,編碼器輸出一定數(shù)量的脈沖，因此編碼器的 轉(zhuǎn)動周數(shù)通過對計數(shù)脈沖(A相脈沖或者B相脈沖)計數(shù)可以求出?？紤]一下幾種情況， 如果導(dǎo)體軸是單一方向的轉(zhuǎn)動，即正相轉(zhuǎn)動或反相轉(zhuǎn)動，則直接對計數(shù)脈沖的計數(shù)值 進行累加即可；如果軸是正相轉(zhuǎn)動和反相轉(zhuǎn)動的混合轉(zhuǎn)動，并不是單一方向的轉(zhuǎn)動， 則在保存計數(shù)脈沖的計數(shù)值時，根據(jù)轉(zhuǎn)動方向?qū)τ嫈?shù)值進行改變，正相轉(zhuǎn)動則計數(shù)值 加一，反相轉(zhuǎn)動則計數(shù)值減一。綜合以上幾種情況，只要直接利用保存的計數(shù)值進行 計算即可。具體的算法如下假設(shè)測得計數(shù)值為N，則說明編碼器旋轉(zhuǎn)了 N/360度， 也就是軸轉(zhuǎn)動了N/360度，如果螺紋的螺距為Dmra，則軸運動的距離為DX (N/360) tnou倍頻器總體構(gòu)成倍頻處理包括一個周期測量計數(shù)器模塊和分頻模塊，周期測量計數(shù)器模塊將兩個增量式編碼器輸出脈沖作為一個周期T，以倍頻頻率f進行計數(shù),T/f作為第二個增量式編碼器輸出開始的輸出精度。分頻模塊讀取分頻模塊的數(shù)值，數(shù)值 取值在2至2的N次方之間，根據(jù)讀取分頻模塊的數(shù)值決定f的大小。圖3是倍頻器的原理圖，A、 B兩組光電發(fā)射接收管其中一個狀態(tài)變化,如圖3的tl位 置,這時以倍頻頻率f進行計數(shù)，當(dāng)下一次A、 B兩組光電發(fā)射接收管另一個狀態(tài)變化時 (如圖3的t2位置)，計數(shù)器的計數(shù)值被鎖存，此時,t2-tl-周期T,計數(shù)器的計數(shù)值/T作為 倍頻器的分辨率或精度。如從t2開始計數(shù)到0，則給出高精度輸出位數(shù)-t2+(計數(shù)器的 計數(shù)值H十?dāng)?shù)器的計數(shù)值/T)，式中t2是在t2位置時未利用倍頻器增量式編碼器給出的 運動距離。(計數(shù)器的計數(shù)值H十?dāng)?shù)器的計數(shù)值/T)是利用倍頻器增量式編碼器給出的運 動距離。在增量式編碼器工作時，每一次一個周期的計數(shù)值將給出新的一次倍頻器的分辨 率或精度。以防止轉(zhuǎn)動過程中的速度不均產(chǎn)生的測量誤差。從原理中可以看出計數(shù)的計數(shù)頻率f和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性決定測量的精度。單從計數(shù)頻 率f而言，頻率越高分辨率或精度也越高。但計數(shù)頻率f需要由系統(tǒng)的需要決定，同時 也需要考慮轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。為使用方便，通過接口的一個拔碼開關(guān)設(shè)定需要的倍頻頻 率則可以解決這些問題。拔碼開關(guān)的位數(shù)倍頻值N可采用10位并行I/O 口輸入，由外電路撥碼開關(guān)設(shè)定。最大倍頻值達到 N=210-l，最高測量精度可達(3*10—3) /[， (210-1) >2*10—8ra，完全滿足精度要求。操作中編碼器相關(guān)問題及解決方法-根據(jù)編碼器計算出的導(dǎo)體運動距離的精度問題增量型光電編碼器的分辨率是指 編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線，也稱解析分度、或直接稱多少線，一 般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。編碼器的分辨率數(shù)值上與編碼器輸出的計數(shù)脈沖的數(shù)量是 相等的。假設(shè)編碼器的分辨率為500，即編碼器每旋轉(zhuǎn)360度提供的通或暗刻線為500， 若沒有經(jīng)過倍頻，則輸出的計數(shù)脈沖個數(shù)也為500。那么一個脈沖對應(yīng)編碼器旋轉(zhuǎn)了 360度/500 = 0.72度，也就是軸旋轉(zhuǎn)了 0. 72度，如果螺紋螺距為3,，那么對應(yīng)軸 運動了3X (0.72度/360度)=0.06mm 。所以可得到利用編碼器計算出的導(dǎo)體軸的 運動距離精度為0. 06nrai 。
權(quán)利要求
1. 電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法，其特征是，它至少包括如下步驟1)利用傳動齒輪、步進電機組合控制導(dǎo)體的軸向運動，利用步進電機來間接獲得內(nèi)導(dǎo)體的長度；2)利用增量式編碼器辨別導(dǎo)體的轉(zhuǎn)動方向和運動距離；3)對增量式編碼器輸出脈沖信號倍頻處理；4)倍頻處理的最后結(jié)果進行在線現(xiàn)示。
2、 根所權(quán)利要求l所述的電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法，其特征是， 所述的倍頻處理通過一個周期測量計數(shù)器模塊完成，周期測量計數(shù)器模塊將兩個增量 式編碼器輸出脈沖作為一個周期T，以倍頻頻率f進行計數(shù)，T/f作為第二個增量式編碼 器輸出開始的輸出精度。
3、 根所權(quán)利要求2所述的電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法，其特征是， 所述的倍頻頻率f依據(jù)一個倍頻模塊完成，讀取倍頻模塊的數(shù)值，數(shù)值取值在2至2的N 次方之間,根據(jù)讀取倍頻模塊的數(shù)值決定f的大小。
4、 根所權(quán)利要求l所述的電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法，其特征是， 所述的利用步進電機來間接獲得內(nèi)導(dǎo)體的長度是通過提供給步進電機的脈沖數(shù)及步進 電機的步距角，再根據(jù)軸上螺紋的螺距計算出導(dǎo)體的運動距離。
5、 根所權(quán)利要求l所述的電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法，其特征是， 所述的增量式編碼器工作時，每一次一個周期的計數(shù)值將給出新的一次倍頻器的分辨 率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長度測量方法，特別是電調(diào)雙工濾波器內(nèi)導(dǎo)體長度在線測量方法。其特征是，它至少包括如下步驟利用傳動齒輪、步進電機組合控制導(dǎo)體(含螺紋)的軸向運動，利用步進電機來間接獲得內(nèi)導(dǎo)體的長度；利用增量式編碼器辨別導(dǎo)體的轉(zhuǎn)動方向和運動距離；對增量式編碼器輸出脈沖信號倍頻處理；倍頻處理的最后結(jié)果進行在線現(xiàn)示。所述的倍頻處理通過一個周期測量計數(shù)器模塊完成，周期測量計數(shù)器模塊將兩個增量式編碼器輸出脈沖作為一個周期T，以倍頻頻率f進行計數(shù)，T/f作為第二個增量式編碼器輸出開始的輸出精度。
文檔編號G01B11/04GK101266136SQ200810017918
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者段寶巖, 沈振芳, 謝鑫剛, 趙偉光, 陳光達, 馬洪波 申請人:西安電子科技大學(xué)