增量编码器误码脉冲产生的原因及滤波方法。

增量编码器误码脉冲产生的原因及滤波方法。

Hengstler增量式光电编码器是一种集光学、机械和电子于一体的角度、速度和位移传感器。它具有精度高、响应快、性能稳定可靠等显著优点。它可以将位移等物理量转换为数字脉冲信号，并通过计算脉冲数量来实现精确的位移门。然而，当亨士乐编码器旋转缓慢时，输出信号包含大量抖动误码脉冲，这些脉冲会导致不正确的计数，并导致不准确的测量结果。因此，在计算脉冲数量之前，有必要滤除输出信号中存在的抖动误码脉冲。

编码器的工作原理

编码器的内部光源产生平行光，通过编码器码盘上的窄槽照射到光电管上，将光信号转换为标准脉冲信号，即编码器的输出信号。在编码器盘上有两个相位差为90°的窄槽A和B，对应于A相位信号和B相位信号的输出信号。在这项工作中，A相和B相信号的状态只能以四种形式组合，并且不能同时跳跃。在测量过程中，可以使用外部可逆计数器来计算脉冲数（A相或B相），但亨士乐编码器本身无法“记住”其工作状态。需要相位微分部分来确定编码器的旋转方向并确定计算机的加法和减法算法。

编码器产生误码的原因

为了说明误码脉冲的存在，编码器盘被局部放大，如图1所示。图中的点是编码器旋转轴的中心，圆角矩形表示码盘A列和B列中的透光间隙。假设编码器光源位于图1所示光源的正上方，光电管相应地位于码盘的另一侧。此时，编码器的A相位信号处于高电平状态，而B相位信号处于高低电平跳跃的过渡状态。不同旋转过程中A和B之间的相位关系如图2所示。由于旋转编码器中没有锁定装置，其旋转轴容易受到外力（如风力）和机械振动（即抖动）的小振动的影响。在光束槽边缘（B列）的作用下，光电管接收到的光信号（B相）将是Hengstler编码器旋转轴具有一定抖动状态的替代假设，其输出信号的波形如图3所示。







由此可见，码盘的窄边是编码器输出信号中抖动误差码脉冲的主要原因，这是由亨士乐增量编码器的物理结构引起的，无法避免。因此，我们只能识别和消除输出信号中的抖动误差码脉冲，提取真正有效的脉冲信号进行计数，避免测量结果中的误差。

编码器脉冲的滤波抖动误码脉冲

集成芯片滤波

从前面的分析可以看出，对于确定的码盘，脉冲周期对应于固定的码盘角位移σ。所以它的量化误差是0/2。如果A或B信号可以被四倍，则计数脉冲的周期被减少到T/4。量化误差降低到0/8，使Hengstler光电编码器的角位移测量精度提高了四倍以上。在实际电路中，可以使用专用芯片将两个正交方波四倍，并生成两个加法和减法计数信号。可以发送双时钟频率的可逆计数器进行加减计数，也可以直接发送到微控制器进行数据处理，以达到集成效果。



多级D触发器滤波

多级D触发器滤波过程利用电路对信号的延迟和门电路的逻辑运算能力来消除由振动引起的高频方波干扰脉冲，防止错误计数。如图5所示，该干扰信号到达计数器的必要条件是Q、2。



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