專利名稱：多功能軸角編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多功能軸角編碼器，特別是一種按幅值編碼的多功能軸角編碼器。
現(xiàn)有的按幅值編碼的軸角編碼器，主要由雙通道測(cè)角元件、相敏解調(diào)器、絕對(duì)值產(chǎn)生器、信號(hào)比較分選器、A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理器、數(shù)字顯示器、輸出接口和操作面板組成。軸角經(jīng)雙通道測(cè)角元件變換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，相敏解調(diào)器將其整流為具有相應(yīng)極性的直流信號(hào)，取絕對(duì)值并經(jīng)信號(hào)比較分選后送到A／D變換器產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理器處理后即得到所需的軸角編碼值。它雖具有轉(zhuǎn)換速度高、靜態(tài)精度高等優(yōu)點(diǎn)，但還存在以下問題(一)具有較大的動(dòng)態(tài)誤差，且有溫度漂移，從而導(dǎo)致零位漂移。(二)功能單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高，且體積大，成本高。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種多功能軸角編碼器，它能有效地克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，可靠性好，智能化程度高，不但能實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)角，而且兼有測(cè)速度的功能。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的它由雙通道測(cè)角元件、絕對(duì)值產(chǎn)生器、信號(hào)比較分選器、數(shù)字顯示器、輸出接口和操作面板等組成，其特征是在信號(hào)比較分選器與數(shù)字顯示器和輸出接口之間設(shè)置有一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)；在雙通道測(cè)角元件與單片機(jī)系統(tǒng)之間設(shè)置由比較器、異或門和鑒零器組成的符號(hào)鑒別器；在絕對(duì)值產(chǎn)生器與信號(hào)比較分選器之間設(shè)置由采樣保持器和多極單穩(wěn)延時(shí)器組成的采樣器；所述信號(hào)比較分選器為峰值比較器。雙通道測(cè)角元件的輸出信號(hào)送入符號(hào)鑒別器和絕對(duì)值產(chǎn)生器；符號(hào)鑒別器求得信號(hào)極性后，將符號(hào)送到單片機(jī)系統(tǒng)；信號(hào)的絕對(duì)值由絕對(duì)值產(chǎn)生器求得并送到采樣器；采樣器對(duì)信號(hào)采樣，采樣值由采用峰值比較器的信號(hào)比較分選器處理后送到單片機(jī)系統(tǒng)；單片機(jī)系統(tǒng)將軸角編碼值分別送到數(shù)字顯示器和輸出接口。現(xiàn)有技術(shù)存在的可靠性不高，功能單一，主要原因是使用元器件太多，若要使軸角編碼器增加一些實(shí)用的功能，如在任意位置調(diào)零、修正誤差、角度制互換等，所用電子線路的復(fù)雜性會(huì)大大增加，隨之成本大大提高，可靠性進(jìn)一步下降。為解決上述問題，并進(jìn)一步開發(fā)軸角編碼器的功能，使用單片機(jī)系統(tǒng)是十分合適的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)只要用一片單片機(jī)加上必要的幾個(gè)外圍芯片即可構(gòu)成，它的集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，價(jià)格低。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)只需人民幣幾十元，而一臺(tái)單板機(jī)至少要400～500元。因此，本實(shí)用新型采用單片機(jī)系統(tǒng)作為軸角編碼器的數(shù)據(jù)處理器和A／D轉(zhuǎn)換器，并配以適量軟件，便使軸角編碼器的功能和可靠性大大提高，成本大大下降。此外，現(xiàn)有技術(shù)中采用相敏解調(diào)器求取信號(hào)的幅值和極性，造成信號(hào)的動(dòng)態(tài)滯后和溫度漂移，這是產(chǎn)生軸角編碼器動(dòng)態(tài)特性差和零位漂移的主要原因。為解決這個(gè)問題，本實(shí)用新型采用符號(hào)鑒別器求取信號(hào)的極性，以保證無動(dòng)態(tài)滯后和溫度漂移，并在絕對(duì)值產(chǎn)生器后加入一采樣器，根據(jù)要求在信號(hào)的每個(gè)周期內(nèi)可采樣1～4點(diǎn)，相應(yīng)于軸角編碼器轉(zhuǎn)換頻率(激磁頻率為400Hz時(shí))為400～1600次／秒。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)，由以下實(shí)施例及其附圖給出。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)總裝配圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作過程作進(jìn)一步描述。
按圖1、圖2所示，它由雙通道測(cè)角元件1、符號(hào)鑒別器2、絕對(duì)值產(chǎn)生器3、采樣器4、信號(hào)比較分選器5、單片機(jī)系統(tǒng)6、數(shù)字顯示器7、輸出接口8、操作面板9、激磁電源10和直流穩(wěn)壓電源11組成。雙通道測(cè)角元件1(110XFS007)的功能是將機(jī)械軸角θ轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，它的轉(zhuǎn)子上安放激磁繞組，其軸線與基準(zhǔn)軸線的夾角為θ；定子上安放兩組相互垂直的繞組，其輸出電壓分別為U1、U2(稱為粗通道)，U3、U4(稱為精通道)，且U1＝Umsinθsinωt，U2＝Umcosθsinωt，U3＝Umsin32θsinωt，U4＝Umcos32θsinωt，ω為測(cè)角元件的激磁電壓頻率。所需的激磁電源10由400Hz交流電壓源組件IC7和功放集成塊IC8組成，輸出安裝了保險(xiǎn)絲RX2。整個(gè)裝置所需的直流穩(wěn)壓電源11由變壓器B、開關(guān)K、保險(xiǎn)絲RX1、整流二極管D11～D64、濾波電容C11～C62、穩(wěn)壓塊IC1～I(xiàn)C6組成，共有六路輸出，記為±E1、±E2、＋E31、＋E32。
雙通道測(cè)角元件的輸出分粗、精兩個(gè)通道分別送到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路，粗、精兩通道轉(zhuǎn)換電路相同。下面以粗通道為例加以說明絕對(duì)值產(chǎn)生器3由一片運(yùn)放IC9和電阻R1～R7、二極管D1、D2組成，它將U1、U2整流成｜U1｜、｜U2｜；采樣器4由采樣保持放大器IC10和四級(jí)單穩(wěn)延時(shí)器IC12、IC13、若干電阻R8～R11、電容C1～C5以及一片或非門IC11組成，其中IC11、IC12、IC13用以產(chǎn)生800Hz正脈沖，控制IC10在sinωt的峰值處采樣；符號(hào)鑒別器2由鑒零器1／4IC14(左邊)、異或門IC15及比較器1／4IC14(右邊)組成，其中電阻R12、R13、R16、R17作為限流電阻，R14、R15作為上拉電阻，U1、U2和sinωt由鑒零器得400Hz方波，前兩者分別和后者異或，得sinθ、cosθ的極性，記為S、C，采樣保持放大器IC10的兩路輸出送比較器得｜c(diǎn)osθ｜－｜sinθ｜的極性。記為｜C｜－｜S｜，S、C、｜C｜－｜S｜三者相互異或后得粗通道的高三位，送單片機(jī)系統(tǒng)6；采樣器4的輸出經(jīng)信號(hào)比較分選器5分出大小后送單片機(jī)系統(tǒng)6的IC18，分選器5的控制信號(hào)由｜C｜－｜S｜及反相器1／6IC17產(chǎn)生。精通道也按同樣的方式轉(zhuǎn)換，在圖2中以和粗通道相同的功能塊2，3，4，5簡(jiǎn)化表示。
單片機(jī)系統(tǒng)6由IC18、IC19、IC20、IC21組成，它的任務(wù)是將粗、精兩個(gè)通道的信號(hào)在θ≤45°范圍內(nèi)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換(由IC18完成)，將其輸出送單片機(jī)IC19；IC20用以鎖存高位地址，IC21存放程序及數(shù)表；IC19對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別得到粗、精兩通道各為11位二進(jìn)制的角度數(shù)據(jù)，然后取粗通道高5位，精通道11位進(jìn)行組合、糾錯(cuò)，得到360°范圍內(nèi)實(shí)際角度的16位二進(jìn)制編碼值，一路送輸出接口8(由鎖存器IC22和25芯插座組成)，另一路轉(zhuǎn)換成BCD碼送數(shù)字顯示器7(由6個(gè)數(shù)碼管組成)。操作面板9由兩個(gè)按鈕K1，K2，四個(gè)開關(guān)L1～L4及發(fā)光二極管D3組成，并和單片機(jī)IC19相連，便于各功能的實(shí)施。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著特點(diǎn)是①智能化程度高，可方便地進(jìn)行任意位置的調(diào)零，誤差修正等。②能以度和密位兩種單位制顯示角度和角速度，顯示分辨率為0.01°或0.1密位，具有測(cè)角和測(cè)速功能，測(cè)角范圍為0～359.999°或0～5999.99密位，測(cè)速范圍為0～179.999°／秒或0～2999.99密位／秒。③可方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。若在輸出接口配以微型打印機(jī)，還可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)記錄。④測(cè)量精度高，可靠性及動(dòng)態(tài)性能好，轉(zhuǎn)換頻率高達(dá)800次／秒以上，且無零位漂移，重復(fù)誤差≤0.1密位，測(cè)量均方誤差≤0.2密位。⑤體積小，功能價(jià)格比高。⑥使用方便，符合機(jī)電一體化的要求。
本實(shí)用新型不僅可作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的角度一數(shù)字變換裝置，而且可用作獨(dú)立的測(cè)角顯示裝置，可廣泛應(yīng)用于火控系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、高精度分度頭和天文測(cè)量等技術(shù)領(lǐng)域，具有一機(jī)多功能的特色。
權(quán)利要求1.一種多功能軸角編碼器，它主要包括雙通道測(cè)角元件1、絕對(duì)值產(chǎn)生器3、信號(hào)比較分選器5、數(shù)字顯示器7、輸出接口8和操作面板9等，其特征是在信號(hào)比較分選器5與數(shù)字顯示器7和輸出接口8之間設(shè)置有一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)6，在雙通道測(cè)角元件1與單片機(jī)系統(tǒng)6之間設(shè)置由比較器、異或門和鑒零器組成的符號(hào)鑒別器2，在絕對(duì)值產(chǎn)生器3與信號(hào)比較分選器5之間設(shè)置由采樣保持器和多級(jí)單穩(wěn)延時(shí)器組成的采樣器4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸角編碼器，其特征是信號(hào)比較分選器5為峰值比較器。
專利摘要一種多功能軸角編碼器，它包括雙通道測(cè)角元件、絕對(duì)值產(chǎn)生器和數(shù)字顯示器等，其主要特征是用單片機(jī)系統(tǒng)取代數(shù)據(jù)處理器。該軸角編碼器智能化程度高，便于進(jìn)行任意位置的調(diào)零、誤差修正等，測(cè)量精度高，可靠性好，無零位漂移。具有測(cè)角和測(cè)速功能，且體積小，功能價(jià)格比高，使用方便。可作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的角度一數(shù)字變換裝置及獨(dú)立的測(cè)角顯示裝置，廣泛用于火控系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、高精度分度頭及天文測(cè)量等領(lǐng)域，具有一機(jī)多能的特色。
文檔編號(hào)H03M1/48GK2067467SQ9021218
公開日1990年12月12日 申請(qǐng)日期1990年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月27日
發(fā)明者胡維禮, 陳慶偉, 徐全梁, 錢堯新 申請(qǐng)人:華東工學(xué)院