專利名稱：光電軸角編碼器四倍頻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光電計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種光電軸角編碼器四倍頻裝置。
背景技術(shù)：
光電軸角編碼器是一種可以將角度細(xì)分成脈沖輸出的一種機(jī)電裝置。中國(guó)實(shí)用新型專利“光電軸角編碼器”(申請(qǐng)?zhí)?200420027546.8，授權(quán)公告日:2005.8.31)公開了一種光電軸角編碼器的結(jié)構(gòu)，包括主軸、主體、光柵盤、光電組件、控制電路和電纜，主軸通過軸承裝在主體上，光柵盤安裝在主軸上，光電組件、控制電路和電纜安裝在主體上。當(dāng)主軸與用戶軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光柵盤也轉(zhuǎn)動(dòng)并依次通過按空間分相排列的集成光電組件，這時(shí)就會(huì)將光柵盤上透光或不透光的信號(hào)接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)光電組件、控制電路實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)物理量向電量的轉(zhuǎn)換。其核心部件是光柵盤，也稱碼盤，是在玻璃或者塑料基質(zhì)上刻蝕出透光孔，通過光電轉(zhuǎn)換器件輸出電脈沖信號(hào)的重要部件。由于工藝的限制，碼盤上的孔隙不可能刻得過密。一般28mm碼盤每轉(zhuǎn)最大輸出脈沖數(shù)為2500個(gè)。要想進(jìn)一步提高角度分辨率，在物理層面和工藝層面存在較大困難，為此通常的做法是增大碼盤的直徑，然而這樣做在對(duì)體積要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合又帶來(lái)新的問題。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是:如何在不增大碼盤直徑的情況下，提高光電軸角編碼器的分辨率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí) 用新型的目的在于提供一種光電軸角編碼器四倍頻裝置，能夠在不損失光電軸角編碼器物理精度的情況下，將光電軸角編碼器的分辨率提高。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為:一種光電軸角編碼器四倍頻裝置，包括二倍頻電路、四倍頻電路、與非電路和辨向電路；所述二倍頻電路的輸入端與光電軸角編碼器的輸出端相連，其輸出端與四倍頻電路相連，用于將光電軸角編碼器輸出的A相和B相脈沖作“或”處理，向四倍頻電路輸出二倍頻脈沖；所述四倍頻電路的輸入端與二倍頻電路的輸出端相連，其輸出端和與非電路相連，用于將二倍頻電路輸出的二倍頻脈沖轉(zhuǎn)換成正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖；所述與非電路的輸入端與四倍頻電路的輸出端相連，其輸出端與辨向電路相連，用于將四倍頻電路輸出的正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖作“與非”處理，向辨向電路輸出四倍頻脈沖；所述辯向電路的輸入端與與非電路的輸出端相連，其輸出端與控制電路相連，用于判明四倍頻脈沖的旋轉(zhuǎn)的方向，從而對(duì)外輸出電平信號(hào)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):在不改變碼盤的物理結(jié)構(gòu)，不損失光電軸角編碼器的物理精度的前提下，能將光電軸角編碼器的分辨率提高到4倍，有利于設(shè)備的小型化和高精度化。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1是本實(shí)用新型光電軸角編碼器四倍頻裝置與光電軸角編碼器的連接關(guān)系示意圖。圖2是本實(shí)用新型光電軸角編碼器四倍頻裝置的電路框圖。圖3-6是圖2中各功能電路實(shí)施例的電路圖。圖7是圖3-6所示電路圖中各點(diǎn)波形變化示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型光電軸角編碼器四倍頻裝置，輸入接光電軸角編碼器，輸出去往控制電路(圖中未示出)。如圖2所示，本實(shí)用新型光電軸角編碼器四倍頻裝置，包括二倍頻電路1、四倍頻電路2、與非電路3和辨向電路4 ;所述二倍頻電路I的輸入端與光電軸角編碼器5的輸出端相連，其輸出端與四倍頻電路2相連，用于將光電軸角編碼器5輸出的A相和B相脈沖作“或”處理，向四倍頻電路2輸出二倍頻脈沖；所述四倍頻電路2的輸入端與二倍頻電路I的輸出端相連，其輸出端和與非電路3相連，用于將二倍頻電路I輸出的二倍頻脈沖轉(zhuǎn)換成正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖；
·[0021]所述與非電路3的輸入端與四倍頻電路2的輸出端相連，其輸出端與辨向電路4相連，用于將四倍頻電路2輸出的正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖作“與非”處理，向辨向電路4輸出四倍頻脈沖；所述辯向電路I的輸入端與與非電路3的輸出端相連，其輸出端與控制電路相連，用于判明四倍頻脈沖的旋轉(zhuǎn)的方向，從而對(duì)外輸出電平信號(hào)。如圖3-6所示為光電軸角編碼器四倍頻裝置各功能電路的電路圖。其中，二倍頻電路I選用7486或門，四倍頻電路2為⑶4538，與非電路3為7400，也可為4011，辨向電路4 為 74H74。圖7是圖3-6所示電路圖中各點(diǎn)波形變化示意圖。本實(shí)用新型的工作原理是這樣的:因?yàn)楣怆娸S角編碼器輸出三路脈沖:A相，B相，Z相，其中Z相是定初始位的。A相和B相是相差90度的兩組脈沖，可以根據(jù)相位判斷出運(yùn)動(dòng)方向；現(xiàn)在二倍頻電路I用A相和B相脈沖相“與”取得二倍頻脈沖。四倍頻電路2用一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器檢測(cè)倍頻脈沖的前沿，用另一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器檢測(cè)倍頻脈沖的后沿。二者在邏輯“或”后即可得到四倍頻脈沖串。為保證電路工作穩(wěn)定可靠，二個(gè)單穩(wěn)電路使用了集成化單穩(wěn)CD4538。四倍頻后的脈沖沒有了方向性，還需要辨向電路，判明旋轉(zhuǎn)的方向。采用帶預(yù)置端和清除端的74H74雙D型正沿觸發(fā)器來(lái)判明旋轉(zhuǎn)方向。下面結(jié)合圖3-7詳細(xì)說(shuō)明。在圖3中，7486或門的作用是將AB脈沖相“或”，輸出二倍頻的脈沖。A1，B1，是一個(gè)光電軸角編碼器的A相B相。A2，B2是另一個(gè)光電軸角編碼器的AB相。AXORBl和AX0RB2分別是倍頻后的輸出。本裝置可以同時(shí)對(duì)兩個(gè)光電軸角編碼器進(jìn)行四倍頻。在圖4中，倍頻后的輸出AXORBl或AX0RB2輸入作為四倍頻電路2的⑶4538，CD4538是一個(gè)集成單穩(wěn)電路，檢測(cè)倍頻后的脈沖的前后沿。前沿正向輸出QA1，QB1，后沿反相輸出，得到正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖。正向輸出與反相輸出經(jīng)與非門3相“與非”,即得四倍頻輸出的脈沖。 在圖5中，與非門3可以采用4011，也可以采用7400。本實(shí)用新型采用的是74H00。QAl和QBl的反相輸出作為7400的輸入，其輸出Q40UT1就是四倍頻后的脈沖。在圖6中，74H74是一個(gè)雙D型正沿觸發(fā)器，AB相分別輸入D端和CLK端，輸出就是方向指示，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)A超前于B，輸出正電平，反之輸出負(fù)電平。辨向電路的工作原理是:用AB相脈沖一個(gè)作為信號(hào)(A)，另一個(gè)作為時(shí)鐘⑶，用時(shí)鐘前沿來(lái)檢測(cè)信號(hào)，如果檢測(cè)到高電平，就認(rèn)為A超前于B，正轉(zhuǎn)。反之A滯后于B，反轉(zhuǎn)。Z相是碼盤輸出的一個(gè)歸零和定位用的脈沖，不做處理，直接作為歸零和定位輸出。在傳統(tǒng)的光電軸角編碼器中，是靠ABZ三相輸出的脈沖來(lái)計(jì)算角度的。比如，一周輸出2500個(gè)脈沖的光電軸角編碼器，每一個(gè)A相或B相的脈沖代表360/2500=0.144度。這是現(xiàn)有工藝水平的加工極限。在本方案中，我們利用了 AB脈沖的前沿和后沿來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以將分辨率提高4倍。也就是原來(lái)一個(gè)AB脈沖計(jì)一個(gè)數(shù)，經(jīng)過本實(shí)用新型的處理，可以計(jì)四個(gè)數(shù)，分辨率提高了四倍。如果保持 原有的精度，則可將碼盤的直徑縮小，以利于整個(gè)設(shè)備的小型化。
權(quán)利要求1.一種光電軸角編碼器四倍頻裝置，其特征在于:包括二倍頻電路(I)、四倍頻電路(2)、與非電路(3)和辨向電路(4)； 所述二倍頻電路(I)的輸入端與光電軸角編碼器(5)的輸出端相連，其輸出端與四倍頻電路(2)相連，用于將光電軸角編碼器(5)輸出的A相和B相脈沖作“或”處理，向四倍頻電路(2)輸出二倍頻脈沖； 所述四倍頻電路(2)的輸入端與二倍頻電路(I)的輸出端相連，其輸出端和與非電路(3)相連，用于將二倍頻電路(I)輸出的二倍頻脈沖轉(zhuǎn)換成正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖； 所述與非電路(3)的輸入端與四倍頻電路(2)的輸出端相連，其輸出端與辨向電路(4)相連，用于將四倍頻電路(2 )輸出的正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖作“與非”處理，向辨向電路(4 )輸出四倍頻脈沖； 所述辯向電路(I)的輸入端與與非電路(3)的輸出端相連，其輸出端與控制電路相連，用于判明四倍頻脈沖的旋轉(zhuǎn)的方向，從而對(duì)外輸出電平信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電軸角編碼器四倍頻裝置，其特征在于:所述二倍頻電路(1)為7486或門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電軸角編碼器四倍頻裝置，其特征在于:所述四倍頻電路(2)為CD4538。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電軸角編碼器四倍頻裝置，其特征在于:所述與非電路(3)為 4011 或 7400。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電軸角編碼器四倍頻裝置，其特征在于:所述辨向電路(4)為 74H74。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種光電軸角編碼器四倍頻裝置，能夠在不損失光電軸角編碼器物理精度的情況下，將光電軸角編碼器的分辨率大幅提高。其包括二倍頻電路、四倍頻電路、與非電路和辨向電路；二倍頻電路用于將光電軸角編碼器輸出的A相和B相脈沖作“或”處理，向四倍頻電路輸出二倍頻脈沖；四倍頻電路用于將二倍頻電路輸出的二倍頻脈沖轉(zhuǎn)換成正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖；與非電路用于將四倍頻電路輸出的正向二倍頻脈沖和反向二倍頻脈沖作“與非”處理，向辨向電路輸出四倍頻脈沖；辯向電路用于判明四倍頻脈沖的旋轉(zhuǎn)的方向，從而對(duì)外輸出電平信號(hào)。
文檔編號(hào)G01D5/347GK203132566SQ201320126680
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者鐘宜興, 羅偉, 管懷建, 周海峰, 劉志軍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍南京炮兵學(xué)院