專利名稱：一種基于偽隨機(jī)編碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位移測(cè)量實(shí)時(shí)校正技術(shù)，尤其是指基于偽隨機(jī)編碼的絕對(duì)位移傳
感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法和系統(tǒng)，主要針對(duì)要求高抗擾，高可靠，高速度，小體積，可定制的 使用環(huán)境下。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的絕對(duì)式位移傳感器，常用于工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)精密儀器的定位或校準(zhǔn)等等。目 前，新型絕對(duì)式傳感器一般基于分度_矩陣編碼、M序列偽隨機(jī)碼等方式進(jìn)行編碼。比起傳 統(tǒng)的絕對(duì)式編碼，所述的偽隨機(jī)碼編碼方式能夠縮小碼盤/柵尺面積，減少檢測(cè)頭數(shù)量，減 小傳感器尺寸的同時(shí)仍舊保證高精度高速度的要求。它通常包括檢測(cè)頭、物理碼盤、讀數(shù)頭 及芯片。基于偽隨機(jī)碼編碼的物理碼盤上設(shè)有多條碼道，其中有一條碼道上刻制有代表位 置信息的偽隨機(jī)碼。該絕對(duì)式位移傳感器在工作時(shí)，該物理碼盤跟隨外部系統(tǒng)位置信息的 改變而同步改變，由該檢測(cè)頭檢測(cè)物理碼盤的位置變化信息，該讀數(shù)頭讀取該物理碼盤的 碼道上的偽隨機(jī)碼，并將讀取到的該偽隨機(jī)碼傳輸至相應(yīng)芯片，通過(guò)該芯片進(jìn)一步處理來(lái) 獲得該物理碼盤表示的當(dāng)前位置信息。但是，現(xiàn)有技術(shù)所使用的偽隨機(jī)碼傳感器，沒(méi)有很好 的手段在實(shí)時(shí)高速處理檢測(cè)頭檢測(cè)到的碼盤/柵尺信號(hào)的同時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證。而本發(fā)明的 出現(xiàn)，將能在幾個(gè)納秒的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)際采樣信息和校驗(yàn)信息的比對(duì)，可以更加可靠的輸 出真實(shí)的物理位置信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法和系統(tǒng)，使 偽隨機(jī)碼位移傳感器在高速高響應(yīng)(例如在3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下，響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到1微秒 內(nèi))的應(yīng)用環(huán)境下，能夠最快最可靠的輸出準(zhǔn)確的位移信息。 本發(fā)明提供的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，首先獲得偽隨機(jī)碼碼盤 的初始位置信息和當(dāng)前的偽隨機(jī)碼位置信息；根據(jù)方向信號(hào)和增量信號(hào)，預(yù)判下次采集的 偽隨機(jī)碼信息；當(dāng)實(shí)際采集的偽隨機(jī)碼信息和預(yù)判值相同，輸出當(dāng)前位置信息；當(dāng)實(shí)際采 集的偽隨機(jī)碼信息和預(yù)判值不相同，記錄錯(cuò)誤信息，并輸出校正的位置信息，具體實(shí)現(xiàn)如 下 步驟1，從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)，并將所述偽隨機(jī)碼信號(hào)進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換；從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)，并將所述正余弦輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù) 轉(zhuǎn)換； 步驟2，從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦信號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)； 步驟3，根據(jù)所述方向信號(hào)對(duì)所述計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，生成增量信號(hào)；根據(jù)所述方向信
號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)； 步驟4，根據(jù)所述方向信號(hào)及所述增量信號(hào)以及所述存儲(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)
4碼信號(hào)確定所述物理碼盤的初始位置信息和碼盤當(dāng)前的偽隨機(jī)碼位置信息； 步驟5，根據(jù)所述的碼盤當(dāng)前位置信息及所述的增量信號(hào)以及所述的方向信號(hào)，預(yù)
測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息； 步驟6，將所述碼盤實(shí)測(cè)位置信息與所述的預(yù)測(cè)的碼盤新的連續(xù)位置信息比較，如 一致則所述碼盤當(dāng)前位置信息正確并輸出當(dāng)前位置信息；如不一致則輸出所述碼盤預(yù)測(cè)位 置信息并記錄錯(cuò)誤；如連續(xù)n次不一致則記錄錯(cuò)誤并報(bào)警。 所述步驟3中，所述方向信號(hào)為正向信號(hào)時(shí)，所述計(jì)數(shù)脈沖遞增計(jì)數(shù)生成增量信
號(hào)；所述方向信號(hào)為反向信號(hào)時(shí)，所述計(jì)數(shù)脈沖遞減計(jì)數(shù)生成增量信號(hào)。 所述步驟3中，方向信號(hào)不變時(shí)，存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)。 所述步驟4中，根據(jù)所述方向信號(hào)及所述增量信號(hào)以及所述存儲(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的
偽隨機(jī)碼信號(hào)確定所述物理碼盤的初始位置信息和碼盤當(dāng)前位置信息過(guò)程為在方向信號(hào)
不變，增量信號(hào)變化時(shí)，依次將偽隨機(jī)碼信號(hào)移入雙向移位寄存器；在方向信號(hào)不改變，增
量信號(hào)等于偽隨機(jī)碼位數(shù)的時(shí)，偽隨機(jī)碼初始位置信號(hào)被確定；將偽隨機(jī)碼初始位置信號(hào)
送入計(jì)數(shù)器中進(jìn)行偽隨機(jī)碼編碼規(guī)則下的遞加或遞減計(jì)算，當(dāng)計(jì)算結(jié)果等于預(yù)先設(shè)定的所
述物理碼盤的偽隨機(jī)碼絕對(duì)位置標(biāo)記值時(shí)，所述計(jì)數(shù)器遞增或遞減次數(shù)即為碼盤當(dāng)前位置
和所述物理碼盤初始位置之間的增量值，該增量值所對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)碼編碼數(shù)據(jù)就是碼盤當(dāng)
前的偽隨機(jī)碼位置信息。 所述步驟5中，根據(jù)所述的碼盤當(dāng)前位置信息及所述的增量信號(hào)以及所述的方向
信號(hào)，預(yù)測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息的方法為在方向不變的情況下，所述碼盤當(dāng)前位置信息
和所述增量信息代數(shù)和即為所述預(yù)測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息。 本發(fā)明提供相應(yīng)的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)系統(tǒng)包括 第一讀數(shù)頭，用于從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)； 第一輸入信號(hào)波形處理單元，用于對(duì)所述偽隨機(jī)碼信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 第二讀數(shù)頭，用于從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)； 第二輸入信號(hào)波形處理單元，用于對(duì)正余弦輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 移動(dòng)方向判定模塊，用于從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信
號(hào)； 計(jì)數(shù)器，用于根據(jù)所述方向信號(hào)對(duì)所述計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，生成增量信號(hào)；
移位寄存器，用于根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)；
偽隨機(jī)碼生成器，用于在任何時(shí)刻根據(jù)輸入的所述偽隨機(jī)碼信號(hào)及所述增量信號(hào) 以及所述方向信號(hào)，判斷出下次將采集的偽隨機(jī)碼信息的預(yù)判碼值； 硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)寄存器，用于根據(jù)所述預(yù)判碼值和當(dāng)前采集偽隨機(jī)碼做比較，并保 存被認(rèn)可的偽隨機(jī)碼碼值； 碼值選擇器，用于通知系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的位置信息輸出，將所述錯(cuò)誤信息通 知系統(tǒng)記錄。 所述的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)寄存器還用于通知系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的位置信息輸出，將
所述錯(cuò)誤信息通知系統(tǒng)記錄。 所述的移位寄存器為雙向移位寄存器。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)現(xiàn)有的編碼器，是在采集到編碼信號(hào)后，必須要經(jīng)過(guò)查表或者通過(guò)運(yùn)算的方式 得到碼盤/柵尺的絕對(duì)位置。這個(gè)查表和計(jì)算的動(dòng)作將會(huì)耗費(fèi)大量的核心處理單元的機(jī)器 時(shí)間，從而無(wú)法保證在高速的響應(yīng)速度的同時(shí)進(jìn)行高速的編碼校驗(yàn)。本發(fā)明中偽隨機(jī)碼位 移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法不需要預(yù)先存入所有偽隨機(jī)碼數(shù)據(jù)與位置信息一一對(duì)應(yīng)的 表格，而只需要先確定出初始偽隨機(jī)碼信息，之后偽隨機(jī)碼信息將根據(jù)方向信號(hào)和增量信 號(hào)及時(shí)發(fā)生改變，改變后的值與當(dāng)前偽隨機(jī)碼信息比較，選擇出正確的偽隨機(jī)碼，并且提供 給外部設(shè)備使用，而不再需要進(jìn)行重復(fù)的查表動(dòng)作，可以減小偽隨機(jī)碼位移傳感器尤其是 高位數(shù)偽隨機(jī)碼位移傳感器的誤差，同時(shí)可以提高編碼器的響應(yīng)速度，避免傳統(tǒng)查表和運(yùn) 算方式所要花費(fèi)的大量機(jī)器時(shí)間，從而滿足更高速度、高可靠性的要求。 (2)本發(fā)明首先通過(guò)確定初始偽隨機(jī)碼信息，相當(dāng)于確定一個(gè)參考點(diǎn)，再由所述方 向信號(hào)和所述增量信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的改變，直接判定下次將采集的偽隨機(jī)碼，因此可以保證 在最快的速度下，直接進(jìn)行碼值的比較驗(yàn)證，而不需要存入偽隨機(jī)碼數(shù)據(jù)與實(shí)際位置信息 一一對(duì)應(yīng)的表格，減少占用芯片的內(nèi)存，更而無(wú)須像現(xiàn)有技術(shù)中每次獲得偽隨機(jī)碼都需要 進(jìn)行查表，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高速響應(yīng)的目的。


圖1為本發(fā)明偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖；
圖3為本發(fā)明中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)原理圖； 圖4為本發(fā)明的從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦信號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)的 流程圖； 圖5為本發(fā)明的根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)的流程；
圖6為本發(fā)明中根據(jù)所述碼盤采集的偽隨機(jī)碼碼值和預(yù)判的偽隨機(jī)碼碼值進(jìn)行 校驗(yàn)的流程； 圖7為偽隨機(jī)碼預(yù)判流程。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明提供的方法，包括以下步驟 步驟1，從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)，并對(duì)所述偽隨機(jī)碼信號(hào)進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換，其中模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的原理見(jiàn)圖3 ; 步驟2，從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)，并將所述正余弦輸入信號(hào)進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其中模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的原理見(jiàn)圖3 ; 步驟3，從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦信號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)； 步驟4，根據(jù)所述方向信號(hào)對(duì)所述計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，生成增量信號(hào)； 步驟5，根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)； 步驟6，根據(jù)所存儲(chǔ)的偽隨機(jī)碼信號(hào)確定物理碼盤的初始位置信息；根據(jù)所述方
向信號(hào)及所述增量信號(hào)以及所述碼盤初始位置信息確定所述碼盤當(dāng)前位置信息； 步驟7，根據(jù)所述碼盤當(dāng)前位置信息及所述的增量信息以及所述的方向信息，預(yù)測(cè)
碼盤新的連續(xù)位置信息；
步驟8，將所述預(yù)測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息與所述碼盤實(shí)測(cè)位置信息進(jìn)行對(duì)比，如 一致則所述碼盤當(dāng)前位置信息正確并輸出；如不一致，則輸出所述碼盤預(yù)測(cè)位置信息并記 錄錯(cuò)誤；如連續(xù)n次不一致則記錄錯(cuò)誤并報(bào)警。 下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的各個(gè)步驟的具體執(zhí)行方法的最優(yōu)選方案，當(dāng)然不排除可 以通過(guò)其他方式實(shí)現(xiàn)每一步驟，但均屬于本發(fā)明所公開(kāi)的方案的范疇。 在執(zhí)行步驟1時(shí)，從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)，可通過(guò)常用的讀取 方式，從物理碼盤的第一碼道上獲取到模擬的偽隨機(jī)碼信號(hào)，并對(duì)所述偽隨機(jī)碼信號(hào)進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程包括比較、濾波、限幅以及修改直流偏置等處理，處理成符合電 氣輸入要求的信號(hào)，在本發(fā)明中步驟1的目的是將模擬的偽隨機(jī)碼信號(hào)處理成數(shù)字化的偽 隨機(jī)碼信號(hào)，具體轉(zhuǎn)換如圖3所示，輸入的正弦和余弦以及偽隨機(jī)碼信號(hào)都是差分信號(hào)，這 三路差分信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器比較成為方波，比較后的方波信號(hào)直接輸入進(jìn)FPGA，用于后續(xù)的 處理。 在執(zhí)行步驟2時(shí)，從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)，也可以通過(guò)常用 的讀取方式，從物理碼盤的第二碼道上獲取模擬的正余弦輸入信號(hào)，正余弦信號(hào)是偽隨機(jī) 碼原理所致，環(huán)形尋址方法可以利用正余弦信號(hào)進(jìn)行方向判斷，優(yōu)選的，正余弦信號(hào)缺一不 可，且兩信號(hào)要保證正切。將所述正余弦輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其處理過(guò)程也包括比較、 濾波、限幅以及修改直流偏置等，將模擬的正余弦信號(hào)處理成數(shù)字化的正余弦信號(hào)，步驟2 可以與步驟1同時(shí)進(jìn)行，具體轉(zhuǎn)換如圖3所示。 在執(zhí)行步驟3時(shí)，從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦信號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)， 主要是根據(jù)數(shù)字化的正余弦信號(hào)的相位獲得計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)； 當(dāng)正弦信號(hào)超前于余弦信號(hào)的時(shí)候，可以判定當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎颍错槙r(shí)針 旋轉(zhuǎn)，反之，當(dāng)正弦信號(hào)落后于余弦信號(hào)的時(shí)候，可以判定當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉聪?，即逆時(shí) 針旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)正向旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，采用正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器產(chǎn)生的方波的上升沿作為計(jì)數(shù)脈 沖，進(jìn)行正累加計(jì)數(shù)，而當(dāng)反向旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，采用余弦信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器產(chǎn)生方波的上升沿作 為計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行負(fù)累加計(jì)數(shù)。 在執(zhí)行步驟4時(shí)，根據(jù)所述方向信號(hào)對(duì)所述計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，生成增量信號(hào)；所述方 向信號(hào)為一種標(biāo)志性信號(hào)，可以用l和O兩種狀態(tài)表示，方向信號(hào)為正向時(shí)可理解為方向信 號(hào)所處為高電平1 (遞增)，反向則可理解為方向信號(hào)所處為低電平0 (遞減)；此步驟包括 兩種情況，第一種情況是，當(dāng)方向信號(hào)為正向(遞增)信號(hào)時(shí)，則對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行遞增計(jì)數(shù) 生成增量信號(hào)；若方向信號(hào)為反向(遞減)信號(hào)，則對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，據(jù)此計(jì)數(shù)后 可生成增量信號(hào)。 在執(zhí)行步驟5時(shí)，根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)，即步 驟4，當(dāng)方向信號(hào)不變時(shí)，存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)是一位一位的傳入，而N位的偽隨機(jī)碼，則需要有N位 的編碼位構(gòu)成一個(gè)完整的偽隨機(jī)碼，如11位的偽隨機(jī)碼，第1位編碼位到第11位編碼位構(gòu) 成一個(gè)完整的偽隨機(jī)碼，第2位編碼位到第12位編碼位構(gòu)成另一個(gè)完整的偽隨機(jī)碼，如此 依次類推下去，每一個(gè)完整的偽隨機(jī)碼都將包括11位編碼位。當(dāng)N位的偽隨機(jī)碼在方向信 號(hào)不變時(shí)，傳入了一個(gè)完整的偽隨機(jī)碼，所述完整的偽隨機(jī)碼信號(hào)被視為是有效的，則將此 時(shí)的偽隨機(jī)碼信號(hào)存儲(chǔ)；如11位的偽隨機(jī)碼，在方向信號(hào)不變時(shí)，傳入了從第1位到第11位編碼位，構(gòu)成的完整的偽隨機(jī)碼可視為有效的，可以被存儲(chǔ)的；而如果已經(jīng)在方向信號(hào)不 變時(shí)移入了 5位編碼位，在第6位編碼位傳入時(shí)，方向信號(hào)發(fā)生了改變，則前面移入的編碼 位將被視為無(wú)效的，需要從第6位開(kāi)始確定，即第1位到第11位編碼位構(gòu)成的偽隨機(jī)碼是 無(wú)效的，第2位到第12位編碼位構(gòu)成的偽隨機(jī)碼也是無(wú)效的等等，直到第5位到第15位編 碼位構(gòu)成的偽隨機(jī)碼都是無(wú)效的，確定從第6位到第16位編碼位構(gòu)成的偽隨機(jī)碼是否有效 則依然需要看是否是在方向信號(hào)不變時(shí)傳入。 根據(jù)此方法執(zhí)行直到確定出一個(gè)有效的偽隨機(jī)碼，將這個(gè)有效的偽隨機(jī)碼進(jìn)行存 儲(chǔ)。步驟5是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案的要求，由于本發(fā)明所使用的技術(shù)方案利用的是，確定 一個(gè)初始的偽隨機(jī)碼信息，當(dāng)物理碼盤發(fā)生位移變化后，根據(jù)方向信號(hào)，可以提前知道將要 采集的偽隨機(jī)碼。執(zhí)行步驟5的目的是為了確定一個(gè)初始偽隨機(jī)碼信息，而需要在方向信 號(hào)不變才能確定則是由于偽隨機(jī)碼的編碼原理所致。 在執(zhí)行步驟6時(shí)，一旦確定出所存儲(chǔ)所述偽隨機(jī)碼，就可以根據(jù)偽隨機(jī)碼的編碼 原理，根據(jù)方向信號(hào)，開(kāi)始進(jìn)行預(yù)判計(jì)算，確定碼盤初始位置信息；之后初始位置信息將根 據(jù)所述方向信號(hào)及所述增量信號(hào)發(fā)生改變，其中所述方向信號(hào)確定初始位置信息遞增或遞 減，所述增量信號(hào)確定初始位置信息的遞增量或遞減量，改變后的初始位置信息為所述物 理碼盤的當(dāng)前位置信息；這個(gè)當(dāng)前位置信息是跟隨增量信號(hào)與方向信號(hào)的變化而不斷更 新的，增量信號(hào)和方向信號(hào)確定的相當(dāng)于是物理碼盤的位移變化量，而這個(gè)位移變化量都 是以前一時(shí)刻的位置信息作為參考，因此可理解為當(dāng)前位置信息是在前一時(shí)刻的位置信息 的基礎(chǔ)上線性做加法或者減法獲得，增加的量或遞減的量則由增量信號(hào)和方向信號(hào)共同決 定，而初始位置相當(dāng)于確定的是物理碼盤的第一個(gè)位置信息。 根據(jù)所述方向信號(hào)及所述增量信號(hào)以及所述存儲(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào) 確定所述物理碼盤的初始位置信息和碼盤當(dāng)前位置信息過(guò)程為在方向信號(hào)不變，增量信 號(hào)變化時(shí)，依次將偽隨機(jī)碼信號(hào)移入雙向移位寄存器；在方向信號(hào)不改變，增量信號(hào)等于偽 隨機(jī)碼位數(shù)的時(shí)，偽隨機(jī)碼初始位置信號(hào)被確定；將偽隨機(jī)碼初始位置信號(hào)送入計(jì)數(shù)器中 進(jìn)行偽隨機(jī)碼編碼規(guī)則下的遞加或遞減計(jì)算，當(dāng)計(jì)算結(jié)果等于預(yù)先設(shè)定的所述物理碼盤的 偽隨機(jī)碼絕對(duì)位置標(biāo)記值時(shí)，所述計(jì)數(shù)器遞增或遞減次數(shù)即為碼盤當(dāng)前位置和所述物理碼 盤初始位置之間的增量值，該增量值所對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)碼編碼數(shù)據(jù)就是碼盤當(dāng)前的偽隨機(jī)碼 位置信息。 在執(zhí)行步驟7時(shí)，根據(jù)所述碼盤當(dāng)前位置信息及所述的增量信息以及所述的方向 信息，預(yù)測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息。 在方向不變的情況下，碼盤當(dāng)前位置信息和增量信息代數(shù)和即為預(yù)測(cè)碼盤新的連 續(xù)位置信息。也就是說(shuō)，根據(jù)碼盤當(dāng)前信息和增量信號(hào)，結(jié)合偽隨機(jī)碼的計(jì)算方法，可以計(jì) 算出下一次偽隨機(jī)碼采集進(jìn)來(lái)的正確信息如何。例如，當(dāng)前碼盤信息為0X11(16進(jìn)制)時(shí)， 根據(jù)偽隨機(jī)碼計(jì)算規(guī)則，下一個(gè)增量信號(hào)進(jìn)來(lái)的時(shí)候，將采集到0X23的數(shù)值，當(dāng)下一個(gè)增 量信號(hào)進(jìn)來(lái)的時(shí)候，將采集的偽隨機(jī)碼和提前計(jì)算好的偽隨機(jī)碼比較，則可以判斷出采集 信號(hào)是否真實(shí)可靠，從而達(dá)到校驗(yàn)的目的。 在執(zhí)行步驟8時(shí)，將所述預(yù)測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息與所述碼盤實(shí)測(cè)位置信息進(jìn) 行對(duì)比，如一致則所述碼盤當(dāng)前位置信息正確并輸出；如不一致，則輸出所述碼盤預(yù)測(cè)位置 信息并記錄錯(cuò)誤；如連續(xù)n次不一致則記錄錯(cuò)誤并報(bào)警。
由于偽隨機(jī)碼位移傳感器一般是用于精密儀器領(lǐng)域，對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求很高， 因此為了保證獲得的實(shí)際位置信息的準(zhǔn)確性，優(yōu)選的，從運(yùn)算模型層面講，本發(fā)明的方法還 可以包括對(duì)碼盤當(dāng)前位置信息進(jìn)行修改，修改過(guò)程具體包括，建立虛擬物理碼盤；根據(jù)所述 初始位置信息確定所述虛擬物理碼盤上的首位置信息；根據(jù)所述首位置及所述方向信號(hào)以 及所述增量信號(hào)確定虛擬物理碼盤上當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息；比較所述當(dāng)前位置信息與所述 當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息是否對(duì)應(yīng)，如果不對(duì)應(yīng)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的修正系數(shù)修正所述當(dāng)前位置 信息的步驟。 虛擬物理碼盤是用來(lái)模擬真實(shí)的物理碼盤。虛擬物理碼盤中存儲(chǔ)的偽隨機(jī)碼信息 與物理碼盤上的偽隨機(jī)碼信息一一對(duì)應(yīng)；建立虛擬物理碼盤后，為了真實(shí)的模擬物理碼盤 上的位置信息，獲得當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息，同樣需要確定一個(gè)首位置信息作為參考點(diǎn)。
首位置將由初始位置信息來(lái)定，根據(jù)初始位置信息找到在虛擬物理碼盤上對(duì)應(yīng)的 偽隨機(jī)碼，并將此偽隨機(jī)碼作為首位置信息。再由這個(gè)首位置及接收的方向信號(hào)及增量信 號(hào)，確定出虛擬物理碼盤上當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息。其過(guò)程包括，以首位置作為參考點(diǎn)，根據(jù) 方向信號(hào)確定繞虛擬物理碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，當(dāng)方向信號(hào)為正向時(shí)，則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，若方向信 號(hào)為反向時(shí)，則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)根據(jù)增量信號(hào)確定旋轉(zhuǎn)量；轉(zhuǎn)動(dòng)后虛擬物理碼盤上對(duì)應(yīng)的 偽隨機(jī)碼為當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息；所述當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息為一個(gè)理想狀態(tài)值，在所有步 驟不發(fā)生偏差時(shí)，用以模擬物理碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)后應(yīng)該表示的偽隨機(jī)碼信息。 將獲得的當(dāng)前的偽隨機(jī)碼與當(dāng)前的位置信息進(jìn)行比較，檢驗(yàn)兩者是否對(duì)應(yīng)，當(dāng)兩 者對(duì)應(yīng)則說(shuō)明給出的當(dāng)前位置信息是準(zhǔn)確的；若兩者不對(duì)應(yīng)，則說(shuō)明給出的當(dāng)前位置信息 有誤，此時(shí)可通過(guò)用戶預(yù)先設(shè)定的修正系數(shù)來(lái)確定當(dāng)前錯(cuò)誤的類別，此時(shí)用戶可以知道有 錯(cuò)誤發(fā)生，如錯(cuò)誤的次數(shù)發(fā)生到一定的數(shù)量，可以通過(guò)其預(yù)設(shè)值將此當(dāng)前位置信息修正為 基本上接近準(zhǔn)確或者準(zhǔn)確的值。檢驗(yàn)當(dāng)前位置信息與當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息是否對(duì)應(yīng)的操作 可實(shí)時(shí)進(jìn)行，但是為了方便操作，用戶也可通過(guò)設(shè)定時(shí)間間隔執(zhí)行。 本發(fā)明所使用的技術(shù)方案，由于在確定好初始偽隨機(jī)碼后，以后將根據(jù)方向信號(hào) 與增量信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的改變，預(yù)判偽隨機(jī)碼信息和實(shí)際采集信息比較；因此不需要進(jìn)行重 復(fù)的查表動(dòng)作，且不需要存入所有偽隨機(jī)碼數(shù)據(jù)與二進(jìn)制表示的位置信息一一對(duì)應(yīng)的表 格，因此可以減少占用芯片，達(dá)到高速響應(yīng)，且小體積的目的。由于存在校驗(yàn)的功能，因此可 以達(dá)到提高可靠性的目的。 為了更加直觀、深入的了解本發(fā)明，本發(fā)明還提供了與上述方法相對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī) 碼位移傳感器的實(shí)時(shí)校驗(yàn)系統(tǒng)，請(qǐng)參照?qǐng)D2，所述偽隨機(jī)碼位移傳感器的實(shí)時(shí)校驗(yàn)系統(tǒng)包 括第一讀數(shù)頭、第二讀數(shù)頭、第一輸入信號(hào)波形處理單元、第二輸入信號(hào)波形處理單元、 移動(dòng)方向判定模塊、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)寄存器、預(yù)判寄存器、偽隨機(jī)碼生成 器、碼值選擇器。 第一讀數(shù)頭，可用于執(zhí)行上述方法中從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)的
步驟；發(fā)光體透過(guò)指示光柵到達(dá)光電池，光電池的電信號(hào)輸出送到比較器的輸入端。 第二讀數(shù)頭，可用于執(zhí)行上述方法中從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)
的步驟；發(fā)光體透過(guò)指示光柵到達(dá)光電池，光電池的電信號(hào)輸出送到比較器的輸入端。 所述第一讀數(shù)頭與所述第二讀數(shù)頭都是用于讀取物理碼盤上的信息，讀取的信息
都是模擬信號(hào)，不過(guò)讀取的是物理碼盤上不同碼道上的信息，，但是讀取信息的操作都是同步的，而且讀取到的偽隨機(jī)碼信號(hào)以及正余弦輸入信號(hào)都可以準(zhǔn)確及時(shí)的反映物理碼盤的 位置變化。 所述第一輸入信號(hào)波形處理單元，可用于執(zhí)行上述方法中用于對(duì)所述偽隨機(jī)碼信 號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的步驟。 所述第二輸入信號(hào)波形處理單元，可用于執(zhí)行上述方法中用于對(duì)正余弦輸入信號(hào) 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的步驟。 所述第一輸入信號(hào)波形處理單元與所述第二輸入信號(hào)波形處理單元的原理相同， 但是兩者所設(shè)置的參數(shù)不同，它們進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理的過(guò)程都包括比較、濾波、限幅以及修 改直流偏置等，目的是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。第一輸入信號(hào)波形處理單元采用如圖 3所示。 所述移動(dòng)方向判定模塊，可用于執(zhí)行上述方法中用于從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦 信號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)的步驟，所述移動(dòng)方向判定模塊可以從數(shù)字化的正余弦信 號(hào)的相位獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)。具體如圖4所示，正弦信號(hào)和余弦信號(hào)以差分方式輸 入，分別經(jīng)過(guò)比較器比較后，得到正弦和余弦的方波信號(hào)，根據(jù)正弦超前或者落后余弦，可 以判定方向?yàn)檎蛘邽榉?，方向判定后，分別根據(jù)正弦方波的上升沿(正向)或者余弦信號(hào) 的上升沿(反向)來(lái)做脈沖計(jì)數(shù)，也就是增量信號(hào)。 所述計(jì)數(shù)器，可用于執(zhí)行上述方法中根據(jù)所述方向信號(hào)對(duì)所述計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，生 成增量信號(hào)的步驟，當(dāng)方向信號(hào)為正向(遞增)信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)； 若方向信號(hào)為反向(遞減)信號(hào)，計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器根據(jù)方向信號(hào)進(jìn) 行計(jì)數(shù)后生成增量信號(hào)移位寄存器，可用于執(zhí)行上述方法中根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模 數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)的步驟。 所述移位寄存器，用于根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)。 在此需要特別說(shuō)明的是所述移位寄存器最優(yōu)的選擇是選用雙向移位寄存器，用以節(jié)省內(nèi)部 資源。由于本發(fā)明的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，移位寄存器當(dāng)中只暫存一個(gè)完整的偽隨機(jī)碼，而 方向信號(hào)可能是正向也可能是反向，使得存入的偽隨機(jī)碼也對(duì)應(yīng)的分成了正向的偽隨機(jī)碼 或者反向的偽隨機(jī)碼，若使用單方向的移位寄存器，則需要使用兩個(gè)移位寄存器，一個(gè)用來(lái) 存入正向的偽隨機(jī)碼，一個(gè)用來(lái)存入反向的偽隨機(jī)碼；而如果使用雙向的移位寄存器，則不 需要，因?yàn)榭梢詫⒄虻膫坞S機(jī)碼從左邊移入，反向的偽隨機(jī)碼從右邊移入，比如，當(dāng)移位 寄存器當(dāng)中存入了一個(gè)正向的偽隨機(jī)碼，而后方向信號(hào)發(fā)生改變，確定出一個(gè)反向的有效 的偽隨機(jī)碼，由于這兩個(gè)偽隨機(jī)碼不同，因此移位寄存器將存入新的偽隨機(jī)碼，此時(shí)正向的 偽隨機(jī)碼將從移位寄存器的左邊逐位移出，而反向的偽隨機(jī)碼將從移位寄存器的右邊逐位 移入。因此使用雙向的移位寄存器可以節(jié)省內(nèi)部資源。在圖5中，可以看到，偽隨機(jī)碼信號(hào)， 在經(jīng)過(guò)比較器后獲得處理后的偽隨機(jī)碼信號(hào)，即把差分輸入的偽隨機(jī)碼信號(hào)比較成方波的 偽隨機(jī)碼信號(hào)，在11個(gè)計(jì)數(shù)脈沖內(nèi)，在方向信號(hào)不變的情況下，采集到初始的偽隨機(jī)碼信 號(hào)，之后就可以隨意改變旋轉(zhuǎn)方向而不丟失任何位置信息了 。 硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)寄存器，可以將采集的或者是預(yù)判的正確的偽隨機(jī)碼碼值保存在這 個(gè)寄存器內(nèi)以供下次計(jì)算使用。 預(yù)判寄存器，根據(jù)輸入的偽隨機(jī)碼，可以根據(jù)方向信號(hào)計(jì)算出下次將要采集的偽 隨機(jī)碼碼值。如果方向信號(hào)改變，這個(gè)預(yù)判寄存器也將跟著改變計(jì)算的結(jié)果，最快的刷新周期可以達(dá)到幾個(gè)納秒以內(nèi)。在圖7中，可以看到，偽隨機(jī)碼信號(hào)采集后，先判斷當(dāng)前的方向 信號(hào)是否改變了 ，如果方向信號(hào)沒(méi)有改變，在下一個(gè)增量信號(hào)到來(lái)時(shí)，獲得方向信號(hào)未改變 的偽隨機(jī)碼計(jì)算值和采集值，而在方向信號(hào)改變的時(shí)候，將獲得另一個(gè)偽隨機(jī)碼計(jì)算值和 采集值。將計(jì)算值和采集值保存，以供后來(lái)的校驗(yàn)部分進(jìn)行校驗(yàn)功能。 偽隨機(jī)碼生成器，這個(gè)功能是能夠根據(jù)偽隨機(jī)碼的編碼規(guī)律，指導(dǎo)預(yù)判寄存器的 計(jì)算和進(jìn)行絕對(duì)位置判斷使用的。 碼值選擇器，當(dāng)預(yù)判的碼值和實(shí)際采集的碼值都已經(jīng)獲得的時(shí)候，這個(gè)部分實(shí)現(xiàn) 一個(gè)選擇的功能，將最可能準(zhǔn)確的碼值選擇出來(lái)。如，預(yù)判碼值不等于實(shí)際采集碼值，那么 預(yù)判碼值將被選擇為爭(zhēng)取，將實(shí)際采集碼值暫時(shí)放置在緩存中，記錄錯(cuò)誤，并繼續(xù)工作；當(dāng) 預(yù)判碼值和實(shí)際采集碼值相等的時(shí)候，設(shè)備工作正常。 在圖6中，可以看到，在真實(shí)的偽隨機(jī)碼采集的同時(shí)，預(yù)判的偽隨機(jī)碼已經(jīng)計(jì)算出 來(lái)，經(jīng)過(guò)預(yù)判的偽隨機(jī)碼和真實(shí)采集的偽隨機(jī)碼碼值比較，可以知道采集的信號(hào)是有效還 是無(wú)效的，這樣將更加利于提高編碼器的可靠行。 優(yōu)選的，下面將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程作具體說(shuō)明，以便于更加清楚的了解本發(fā) 明技術(shù)方案。但是完成本發(fā)明的技術(shù)方案的執(zhí)行系統(tǒng)并非只有下述一種，以下舉例將以11 位偽隨機(jī)碼作為最佳實(shí)施例。 第一讀數(shù)頭，當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)的時(shí)候從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)送入第 一波形處理單元，輸入的信號(hào)在高轉(zhuǎn)速時(shí)表現(xiàn)為正弦波，經(jīng)過(guò)比較器將模擬信號(hào)正弦波轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)方波；第二讀數(shù)頭，同時(shí)從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)送入第 二波形處理單元進(jìn)行處理，輸入的信號(hào)仍舊是正弦波的形式經(jīng)過(guò)比較器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字方波 信號(hào)；所述第一輸入信號(hào)波形處理單元，對(duì)所述偽隨機(jī)碼信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字化的 偽隨機(jī)碼送入至移位寄存器，即正弦波經(jīng)比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字方波，方波信號(hào)逐次移位進(jìn)偽 隨機(jī)碼的移位寄存器。所述第二輸入信號(hào)波形處理單元，對(duì)正余弦輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 獲得數(shù)字化的正余弦信號(hào)，即正弦波經(jīng)比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字方波，方波信號(hào)直接輸入到偽隨 機(jī)碼方向判斷單元和增量信號(hào)單元。數(shù)字化的正余弦信號(hào)進(jìn)入移動(dòng)方向判定模塊，并由移 動(dòng)方向判定模塊產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)；計(jì)數(shù)脈沖送入計(jì)數(shù)器，方向信號(hào)則送入移位寄 存器、計(jì)數(shù)器、硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)寄存器、預(yù)判寄存器、偽隨機(jī)碼生成器以及碼值選擇器。
舉例說(shuō)明(11位): 當(dāng)偽隨機(jī)碼編碼器上電后，第一讀數(shù)頭和第二讀數(shù)頭隨時(shí)采樣輸入的光線經(jīng)碼盤 后光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)。根據(jù)第二讀數(shù)頭輸入的信號(hào)，判斷在方向沒(méi)有發(fā)生變化的時(shí)候，偽隨 機(jī)碼移動(dòng)了 11個(gè)絕對(duì)位置后，第一讀數(shù)頭已經(jīng)移位存入了一個(gè)偽隨機(jī)碼，而方向并沒(méi)有改 變，此偽隨機(jī)碼是有效碼值。至此，初始偽隨機(jī)碼已經(jīng)直接獲得，而初始絕對(duì)位置也將根據(jù) 偽隨機(jī)碼的編碼規(guī)則間接獲得，并同時(shí)根據(jù)偽隨機(jī)碼編碼規(guī)則預(yù)判出下一位將移入的偽隨 機(jī)碼碼值是0還是1 (假設(shè)預(yù)判出下次移入值為1)。 此后，如果繼續(xù)不改變方向，移動(dòng)一個(gè)位置，那么第一讀數(shù)頭采集到的信號(hào)將經(jīng)過(guò) 模數(shù)轉(zhuǎn)換變成電平信號(hào)(假設(shè)此時(shí)為1)，以0或者1的數(shù)字移位進(jìn)入偽隨機(jī)碼編碼器的移 位寄存器，假設(shè)正向時(shí)候移位是從高位移入低位移出.此時(shí)，l將被移入到移位寄存器的最 高位BIT11，而原來(lái)的ll位數(shù)字順次右移，原來(lái)的最低位被丟棄。與此同時(shí)，預(yù)判碼值和實(shí) 際移入的碼值進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)是一致的(預(yù)判為1采樣為1)，則繼續(xù)產(chǎn)生下一次預(yù)判值和等待下次采樣移入。而當(dāng)預(yù)判值和采樣值不一致，則系統(tǒng)記錄當(dāng)前的錯(cuò)誤信息，并將錯(cuò)誤計(jì)
數(shù)器加l，系統(tǒng)將選擇預(yù)判值作為偽隨機(jī)碼值。然后，繼續(xù)重復(fù)預(yù)判和采樣的動(dòng)作。
當(dāng)方向被改變，那么在方向改變后且沒(méi)有再次變換方向的時(shí)候，在IO個(gè)位置里，
第一讀數(shù)頭將順次采樣上次偽隨機(jī)碼的次低位到最高位的值，即將首先采樣上次偽隨機(jī)碼
碼值的BIT1，其次采樣BIT2直到BITll。預(yù)判值可以即時(shí)產(chǎn)生，并和實(shí)際采樣進(jìn)來(lái)的碼值
進(jìn)行比較。 在此系統(tǒng)中，預(yù)判的偽隨機(jī)碼信息提前于當(dāng)前的采樣的偽隨機(jī)碼，一旦當(dāng)前的偽
隨機(jī)碼被采樣，則立刻進(jìn)入正確與否的比較中。其響應(yīng)時(shí)間以納秒來(lái)計(jì)算，因此，幾乎可以
認(rèn)為是實(shí)時(shí)校驗(yàn)。這樣大大增加了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，增加了數(shù)據(jù)輸出的準(zhǔn)確度。 以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明
的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范
圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種基于偽隨機(jī)編碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，其特征在于首先獲得偽隨機(jī)碼碼盤的初始位置信息和當(dāng)前的偽隨機(jī)碼位置信息；根據(jù)方向信號(hào)和增量信號(hào)，預(yù)判下次采集的偽隨機(jī)碼信息；當(dāng)實(shí)際采集的偽隨機(jī)碼信息和預(yù)判值相同，輸出當(dāng)前位置信息；當(dāng)實(shí)際采集的偽隨機(jī)碼信息和預(yù)判值不相同，記錄錯(cuò)誤信息，并輸出校正的位置信息，具體實(shí)現(xiàn)如下步驟1，從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)，并將所述偽隨機(jī)碼信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)，并將所述正余弦輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；步驟2，從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦信號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)；步驟3，根據(jù)所述方向信號(hào)對(duì)所述計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，生成增量信號(hào)；根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)；步驟4，根據(jù)所述方向信號(hào)及所述增量信號(hào)以及所述存儲(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)確定所述物理碼盤的初始位置信息和碼盤當(dāng)前的偽隨機(jī)碼位置信息；步驟5，根據(jù)所述的碼盤當(dāng)前位置信息及所述的增量信號(hào)以及所述的方向信號(hào)，預(yù)測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息；步驟6，將所述碼盤實(shí)測(cè)位置信息與所述的預(yù)測(cè)的碼盤新的連續(xù)位置信息比較，如一致則所述碼盤當(dāng)前位置信息正確并輸出當(dāng)前位置信息；如不一致則輸出所述碼盤預(yù)測(cè)位置信息并記錄錯(cuò)誤；如連續(xù)n次不一致則記錄錯(cuò)誤并報(bào)警。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，其特征在于所 述步驟3中，所述方向信號(hào)為正向信號(hào)時(shí)，所述計(jì)數(shù)脈沖遞增計(jì)數(shù)生成增量信號(hào)；所述方向 信號(hào)為反向信號(hào)時(shí)，所述計(jì)數(shù)脈沖遞減計(jì)數(shù)生成增量信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，其特征在于所 述步驟3中，方向信號(hào)不變時(shí)，存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，其特征在于所 述步驟4中，根據(jù)所述方向信號(hào)及所述增量信號(hào)以及所述存儲(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信 號(hào)確定所述物理碼盤的初始位置信息和碼盤當(dāng)前位置信息過(guò)程為在方向信號(hào)不變，增量 信號(hào)變化時(shí)，依次將偽隨機(jī)碼信號(hào)移入雙向移位寄存器；在方向信號(hào)不改變，增量信號(hào)等于 偽隨機(jī)碼位數(shù)的時(shí)，偽隨機(jī)碼初始位置信號(hào)被確定；將偽隨機(jī)碼初始位置信號(hào)送入計(jì)數(shù)器 中進(jìn)行偽隨機(jī)碼編碼規(guī)則下的遞加或遞減計(jì)算，當(dāng)計(jì)算結(jié)果等于預(yù)先設(shè)定的所述物理碼盤 的偽隨機(jī)碼絕對(duì)位置標(biāo)記值時(shí)，所述計(jì)數(shù)器遞增或遞減次數(shù)即為碼盤當(dāng)前位置和所述物理 碼盤初始位置之間的增量值，該增量值所對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)碼編碼數(shù)據(jù)就是碼盤當(dāng)前的偽隨機(jī) 碼位置信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，其特征在于所 述步驟5中，根據(jù)所述的碼盤當(dāng)前位置信息及所述的增量信號(hào)以及所述的方向信號(hào)，預(yù)測(cè) 碼盤新的連續(xù)位置信息的方法為在方向不變的情況下，所述碼盤當(dāng)前位置信息和所述增 量信息代數(shù)和即為所述預(yù)測(cè)碼盤新的連續(xù)位置信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，其特征在于所 述步驟6中，需要對(duì)當(dāng)前位置信息進(jìn)行修改，修改過(guò)程為建立虛擬物理碼盤；根據(jù)所述初 始位置信息確定所述虛擬物理碼盤上的首位置信息；根據(jù)所述首位置及所述方向信號(hào)以及所述增量信號(hào)確定虛擬物理碼盤上當(dāng)前的偽隨機(jī)碼信息；比較所述當(dāng)前位置信息與所述當(dāng) 前的偽隨機(jī)碼信息是否對(duì)應(yīng)，如果不對(duì)應(yīng)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的修正系數(shù)修正所述當(dāng)前位置信 息的步驟。
7. —種偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括 第一讀數(shù)頭，用于從物理碼盤的第一碼道獲取偽隨機(jī)碼信號(hào)； 第一輸入信號(hào)波形處理單元，用于對(duì)所述偽隨機(jī)碼信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 第二讀數(shù)頭，用于從物理碼盤的第二碼道獲取正余弦輸入信號(hào)； 第二輸入信號(hào)波形處理單元，用于對(duì)正余弦輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 移動(dòng)方向判定模塊，用于從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的正余弦號(hào)中獲取計(jì)數(shù)脈沖與方向信號(hào)； 計(jì)數(shù)器，用于根據(jù)所述方向信號(hào)對(duì)所述計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，生成增量信號(hào)； 移位寄存器，用于根據(jù)所述方向信號(hào)存儲(chǔ)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的偽隨機(jī)碼信號(hào)； 偽隨機(jī)碼生成器，用于在任何時(shí)刻根據(jù)輸入的所述偽隨機(jī)碼信號(hào)及所述增量信號(hào)以及所述方向信號(hào)，判斷出下次將采集的偽隨機(jī)碼信息的預(yù)判碼值；硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)寄存器，用于根據(jù)所述預(yù)判碼值和當(dāng)前采集偽隨機(jī)碼做比較，并保存被 認(rèn)可的偽隨機(jī)碼碼值；碼值選擇器，用于通知系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的位置信息輸出，將所述錯(cuò)誤信息通知系 統(tǒng)記錄。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所 述的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)寄存器還用于通知系統(tǒng)將所述經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的位置信息輸出，將所述錯(cuò)誤信 息通知系統(tǒng)記錄。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的偽隨機(jī)碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所 述的移位寄存器為雙向移位寄存器。
全文摘要
一種基于偽隨機(jī)編碼位移傳感器的硬件實(shí)時(shí)校驗(yàn)方法，首先獲得偽隨機(jī)碼碼盤的初始位置信息和當(dāng)前的偽隨機(jī)碼位置信息；根據(jù)方向信號(hào)和增量信號(hào)，預(yù)判下次采集的偽隨機(jī)碼信息；當(dāng)實(shí)際采集的偽隨機(jī)碼信息和預(yù)判值相同，輸出當(dāng)前位置信息；當(dāng)實(shí)際采集的偽隨機(jī)碼信息和預(yù)判值不相同，記錄錯(cuò)誤信息，并輸出校正的位置信息。本發(fā)明使偽隨機(jī)碼位移傳感器在高速高響應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境下，能夠最快最可靠的輸出準(zhǔn)確的位移信息。
文檔編號(hào)G01D5/36GK101782405SQ20101010158
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者劉鑒, 汪涌, 王仲勛, 謝元元, 鄔繼澤, 魏全忠, 魏慧林, 黃勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所;廣州中國(guó)科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院