增量型光電編碼器抗抖動(dòng)二倍頻電路的設(shè)計(jì)

　　在某些工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域、某些裝備應(yīng)用上，經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量長(zhǎng)度的場(chǎng)合，目前通常采用的是光電編碼器。光電編碼器根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式、混合式三種。它是一種集光、機(jī)、電為一體的傳感器，具有精度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定可靠等顯著的優(yōu)點(diǎn)，能夠精確地檢測(cè)角度、轉(zhuǎn)速、位移等參數(shù)。它可以將位移等物理量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖信號(hào)，通過計(jì)算脈沖的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確的位移測(cè)量。然而由于工作環(huán)境等因素影響，增量型光電編碼器輸出信號(hào)中含有較多的抖動(dòng)誤碼脈沖，將會(huì)引起誤計(jì)數(shù)。本文分析誤碼脈沖產(chǎn)生的原因，設(shè)計(jì)一種有效的濾波電路。

　　1 增量型編碼器的工作原理

　　增量型編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔，見圖1。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，編碼盤上涂有兩道相差90°黑自相同的柵欄，分別稱之為A道和B道。其輸出脈沖也是相差90°。當(dāng)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，A相比B相超前90°，當(dāng)編碼器反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，A相比B相滯后90°。正常情況下編碼器的輸出波形如圖1所示。

　　2 誤碼脈沖產(chǎn)生的原因及其濾除方法

　　2．1 誤碼脈沖產(chǎn)生的原因

　　為了說明誤碼脈沖的存在性，將編碼器碼盤局部放大。圖1中點(diǎn)0是編碼器旋轉(zhuǎn)軸的中心，圓角矩形代表碼盤上A列和B列透光狹縫。假定編碼器一相信號(hào)處于某種狀態(tài)，而另一相信號(hào)處于高低電平跳變的交界狀態(tài)，則編碼器的誤碼脈沖如圖2(a)，圖2(b)所示。由于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)或機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)，會(huì)使編碼器輸出脈沖抖動(dòng)，從而引起誤計(jì)數(shù)。它一方面表現(xiàn)為在透光窗口附近的抖動(dòng)，引起的干擾脈沖，如圖2(a)給出了A相脈沖信號(hào)在上升沿和下降沿發(fā)生抖動(dòng)輸出的時(shí)序波形，圖2(b)給出了B相脈沖信號(hào)在上升沿和下降沿發(fā)生抖動(dòng)輸出的時(shí)序波形；另一方面表現(xiàn)為在編碼器的某點(diǎn)附近前后振動(dòng)，引起干擾脈沖。如圖2(c)，圖2(d)給出了信號(hào)在編碼器b點(diǎn)前后抖動(dòng)的時(shí)序波形。編碼器從a點(diǎn)正轉(zhuǎn)到b點(diǎn)，然后編碼器反轉(zhuǎn)到a點(diǎn)，又正轉(zhuǎn)到b點(diǎn)，兩個(gè)b點(diǎn)之間的脈沖數(shù)為干擾脈沖。