一种莫尔条纹信号的细分方法技术

本发明专利技术公开了一种莫尔条纹信号的细分方法，包括S1：将两路相位正交的正弦信号与余弦信号进行模数转换；S2：由正弦信号、余弦信号和直流分量构造新的信号函数，将周期内信号进行八倍粗细分；将粗细分后的八个区间转化为二进制数值用来表示相角位置编码；S3：在八倍粗细分的每个区间进行精细分，实现相角精细分编码信息；S4：将S2粗细分编码结果和S3精细分结果进行组合编码，得到最终相角细分编码；S5：将周期内每个相角进行细分编码，汇总为查分表；S6：采集莫尔条纹信号，进行细分编码，通过查分表可得莫尔条纹信号的相角。解决了由模数转换器自身精度问题所带来的细分精度损失，细分的精度达到了硬件系统的理想值。度达到了硬件系统的理想值。度达到了硬件系统的理想值。

【技术实现步骤摘要】
一种莫尔条纹信号的细分方法


[0001]本专利技术属于角度位置检测
，特别是涉及一种莫尔条纹信号的细分方法。

技术介绍

[0002]光电编码器是一种利用计量光栅作为测量位置基准，根据输出的莫尔条纹光电信号作为定位信息，可对物体运动距离与转动角度进行数字化位移量精密实时测量的装置。莫尔条纹信号细分技术是实现高精度光电编码器的核心技术，其中电子学细分方法由于实用性、有效性、灵活性等优点已成为本领域的研究热点。常用的电子学细分方法有，电阻链细分法、锁相环细分法、载波调制细分法、幅值比较插值法、反正切细分法等。莫尔条纹信号输出的是正余弦波形，理论上其信号可以通过电子学进行任意倍数细分。在实际应用中，考虑到硬件误差和精度的影响，一般细分倍数并不会很高，更多的是用细分的精度作为细分方法的主要指标。
[0003]在专利CN102944258A公开了精度编码器光电信号细分误差的检测方法，并具体公开了一种细分误差检测的方法，所述方法是通过一些分析的手段来推导出莫尔条纹光电信号波形表达式的关键参数，再通过这些参数计算得到细分误差。其本质是一种细分误差检测方法。专利CN104614002B公开了一种跟踪控制平台光电编码器细分信号误差补偿方法，并具体公开了一种跟踪控制平台光电编码器细分信号误差补偿方法，所述方法是通过对编码器细分误差进行数理分析，借助特定的系统平台对细分误差进行补偿。专利CN110530407A公开了一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法，并具体公开了一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法，所述方法是通过电子学细分方法来计算、提取、分离光电信号的误差。综上所述，现有技术是利用模数转换器进行角度位置信息的转换，然后再用反正切法来实现角度位置的细分，缺点是模数转换器自身的误差被带到了细分中，直接降低了细分的精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种莫尔条纹信号的细分方法，以解决电子学细分方法中由于模式转换器自身误差带来的精度损失的问题。目前模数转换器的精度一般比其分辨率要低至少2位，即12位模数转换器的准确数据只有前10位，而最后2位数据往往由于其自身系统限制被视为误差。这一现象导致在进行电子学细分方法时细分精度被影响，也成为其细分误差的主要来源。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种莫尔条纹信号的细分方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：将两路相位正交的正弦信号与余弦信号进行模数转换；
[0007]步骤S2：由正弦信号、余弦信号和直流分量构造新的信号函数，将周期内信号进行八倍粗细分；然后将粗细分后的八个区间转化为二进制数值用来表示相角位置编码；
[0008]步骤S3：在八倍粗细分的每个区间进行精细分，实现相角精细分编码信息；
[0009]步骤S4：将步骤S2粗细分编码结果和步骤S3精细分结果进行组合编码，得到最终相角细分编码；
[0010]步骤S5：将周期内每个相角进行细分编码，汇总为查分表；
[0011]步骤S6:采集莫尔条纹信号，进行细分编码，通过查分表可得莫尔条纹信号的相角。
[0012]进一步的，所述步骤S2中构造新的信号函数具体为：将正弦信号sin(x)、余弦信号cos(x)分别与直流分量A做差后取绝对值，使得正弦信号sin(x)转化为|sin(x)
‑
A|信号形式，余弦信号cos(x)转化为|cos(x)
‑
A|信号形式；将得到的信号|sin(x)
‑
A|与信号|cos(x)
‑
A|做差后取绝对值，得到信号函数||sin(x)
‑
A|
‑
|cos(x)
‑
A||，则一个周期内的正余弦信号实现八倍粗细分，其中x为信号相角。
[0013]进一步的，所述步骤S2中粗细分后的八个区间转化为二进制数值用来表示相角位置编码具体为：第一位用sin(x)
‑
A的正负值表示，当sin(x)
‑
A值为正值时，用二进制数1表示，当sin(x)
‑
A值为负值时，用二进制数0表示；第二位用cos(x)
‑
A的正负值表示；当cos(x)
‑
A值为正值时，用二进制数1表示，当cos(x)
‑
A值为负值时，用二进制数0表示；第三位用|sin(x)
‑
A|
‑
|cos(x)
‑
A|的正负值表示，当|sin(x)
‑
A|
‑
|cos(x)
‑
A|值为正值时，用二进制数1表示，当|sin(x)
‑
A|
‑
|cos(x)
‑
A|值为负值时，用二进制数0表示。
[0014]进一步的，所述步骤S3采用幅值分割法对每个区间内信号进行精细分。
[0015]进一步的，所述每个区间内信号进行精细分具体为：采用N bit的模数转换器对信号进行转换，信号函数||sin(x)
‑
A|
‑
|cos(x)
‑
A||上任意一点的电压值均可表示为一个12位二进制数编码信息，则每个区间内的信号||sin(x)
‑
A|
‑
|cos(x)
‑
A||的电压有2
N
份编码信息，每个编码信息对应了一个相角位置编码。
[0016]进一步的，所述步骤S4具体为：将步骤S2中粗细分得到的结果作为相角位置编码的前3位，然后将步骤S3中得到的12数字码的首位编码数字和末尾两位编码数字去掉作为相角位置编码的后9位，得到最终相角的细分编码。
[0017]本专利技术的有益效果是：用模数转换器将模拟信号转换成数字信号以获得幅值信息，通过反正切函数来进行莫尔条纹信号的细分。并通过三位粗细分数字码替换掉模数转换器的精度损失位，只要模数转换器的有效精度小于2位就可以保证细分精度不会损失。本方法在不改变的原有系统方案的基础上，分别进行粗细分和精细分两个流程，再重新组合了一种角度位置信息的表达形式，解决了由模数转换器自身精度问题所带来的细分精度损失，细分的精度达到了硬件系统的理想值(分辨率)。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种莫尔条纹信号的细分方法流程图。
[0020]图2是一个周期信号被粗细分为八个象限区间的原理图。
[0021]图3是模数转换器对粗细每个区间进行精细分的原理图。
[0022]图4是粗细分与精细分重新组合得的的最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种莫尔条纹信号的细分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将两路相位正交的正弦信号与余弦信号进行模数转换；步骤S2：由正弦信号、余弦信号和直流分量构造新的信号函数，将周期内信号进行八倍粗细分；然后将粗细分后的八个区间转化为二进制数值用来表示相角位置编码；步骤S3：在八倍粗细分的每个区间进行精细分，实现相角精细分编码信息；步骤S4：将步骤S2粗细分编码结果和步骤S3精细分结果进行组合编码，得到最终相角细分编码；步骤S5：将周期内每个相角进行细分编码，汇总为查分表；步骤S6：采集莫尔条纹信号，进行细分编码，通过查分表可得莫尔条纹信号的相角。2.根据权利要求1所述的一种莫尔条纹信号的细分方法，其特征在于，所述步骤S2中构造新的信号函数具体为：将正弦信号sin(x)、余弦信号cos(x)分别与直流分量A做差后取绝对值，使得正弦信号sin(x)转化为|sin(x)
‑
A|信号形式，余弦信号cos(x)转化为|cos(x)
‑
A|信号形式；将得到的信号|sin(x)
‑
A|与信号|cos(x)
‑
A|做差后取绝对值，得到信号函数||sin(x)
‑
A|
‑
|cos(x)
‑
A||，则一个周期内的正余弦信号实现八倍粗细分，其中x为信号相角。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的一种莫尔条纹信号的细分方法，其特征在于，所述步骤S2中粗细分后的八个区间转化为二进制数值用来表示相角位置编码具体为：第一位用sin(x)
‑
A的正负值表示，当sin(x)
‑
A值为正值时，用二进制数1表示，当sin(x)
‑
A值为负值时，用二进制数0表示；第二位...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕雨松，迟耀丹，王超，吴博琦，赵阳，王艳杰，闫兴振，杨帆，王欢，杨小天，候南剑，陈兵，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：