專利名稱：基于光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)的激光柵角位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于角位移傳感器技術(shù)。
背景技術(shù)：
各種圓分度傳感器精度最終受限于機(jī)械加工精度。這是因?yàn)槟壳瓣P(guān)于幾何量精密測量 的理論、方法和技術(shù)都是建立在精密機(jī)械基礎(chǔ)上的。
以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)卻突飛猛進(jìn)，日新月異。用于視聽設(shè)備的CD、VCD、 超級(jí)VCD、 DVD……等光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)己經(jīng)深入千家萬戶。 一張光盤，錄制費(fèi)用低廉，且不需 要任何"安裝精度"，隨便放進(jìn)碟片倉，就可以精確地讀取上面大量精密刻制的信息，這 是一個(gè)很好的啟示。如果能將光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)的成套技術(shù)移植到以圓分度為代表的幾何量測 量上來，就可以形成又一種新型角位移傳感器——激光柵角位移傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于用光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)的激光讀數(shù)技術(shù)和相關(guān)硬件技術(shù)，提出一種新的可 同時(shí)兼顧動(dòng)、靜態(tài)測量的基于光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)的激光柵角位移傳感器(簡稱激光柵)。
如圖1所示，激光柵角位移傳感器主要由刻錄有編碼信息的雙面光盤l、動(dòng)激光讀數(shù) 頭2、參考激光讀數(shù)頭3和信號(hào)處理電路4構(gòu)成。直流電機(jī)帶動(dòng)光盤恒速旋轉(zhuǎn)動(dòng)，對直流 電機(jī)轉(zhuǎn)速采用脈寬調(diào)制方式，運(yùn)用數(shù)字PID校正和環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證轉(zhuǎn)速的恒定。 動(dòng)讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭垂直于光盤表面對稱分布在光盤兩側(cè)。動(dòng)讀數(shù)頭隨被測可動(dòng)部件轉(zhuǎn) 動(dòng)，參考讀數(shù)頭不隨轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)。恒速旋轉(zhuǎn)的光盤相繼掠過動(dòng)讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭時(shí)， 根據(jù)光盤上的分度信息編碼可以確定光盤掠過兩個(gè)讀數(shù)頭的時(shí)間差，該時(shí)間差與動(dòng)激光讀 數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭的夾角一一對應(yīng)，動(dòng)激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭的信號(hào)接入信號(hào) 處理電路4，測出時(shí)間差即可實(shí)現(xiàn)角位移測量。
雙面光盤兩個(gè)側(cè)面的對稱位置上刻錄完全相同的圓分度信息編碼，該編碼是確定光盤 相繼掠過動(dòng)讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭時(shí)間差的標(biāo)志。除此之外在參考讀數(shù)頭所對的光盤表面 上，除了刻錄有圓分度信息編碼外，還在不同的圓周上分別刻錄有絕對零點(diǎn)編碼、誤差修 正和補(bǔ)償編碼、糾錯(cuò)編碼等信息，參考激光讀數(shù)頭如常規(guī)的光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)一樣，做徑向運(yùn) 動(dòng)，分別讀取上述各種信息。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的傳感器盡管用激光讀數(shù)頭的尋跡和聚焦技術(shù)精確讀取普通光盤上的編 碼信息，但是錄制光盤信息點(diǎn)的位置誤差，信號(hào)處理電路中的相關(guān)環(huán)節(jié)和其他因素引起的 系統(tǒng)誤差等都會(huì)影響傳感器的精度，所以還需要利用諧波誤差修正和補(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)高精度測 量，以下是其基本原理-
光盤上錄制的圓分度編碼隨光盤高速旋轉(zhuǎn)，誤差都周期性地出現(xiàn)，所有的誤差均為周 期函數(shù)，按富里葉級(jí)數(shù)可展開成i(0 w )次諧波的合成，用標(biāo)定裝置對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，
得出誤差曲線，進(jìn)而得出修正和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。把這些修正和補(bǔ)償數(shù)據(jù)以編碼的形式刻錄在光 盤上，在信號(hào)處理過程中參考讀數(shù)頭精確讀出這些編碼信息，采用信號(hào)處理電路中的微處 理器進(jìn)行諧波校正，可以大大提高傳感器的精度，實(shí)現(xiàn)高精度位移測量。
因此，本傳感器依靠激光讀數(shù)頭的反復(fù)跟蹤制導(dǎo)和聚焦以及光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力 和誤差修正補(bǔ)償，而不是機(jī)械一次性安裝定位來保證測量精度，傳感器容錯(cuò)力和抗干擾力 強(qiáng)，具有成本低，結(jié)實(shí)耐用，經(jīng)得起惡劣工作環(huán)境的摔打碰撞的特點(diǎn)，可以取代當(dāng)今任何 一種靜、動(dòng)態(tài)測量手段來實(shí)現(xiàn)高精度測量。


圖1A是角位移傳感器立體結(jié)構(gòu)示意圖1B是圖1A的正視圖2是傳感器的角位移測量示意圖3是時(shí)間差信號(hào)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面以"獨(dú)碼"編碼為例說明激光柵的工作原理
直流電機(jī)帶動(dòng)光盤作恒角速度，在光盤1兩面分裝兩套獨(dú)立的激光讀數(shù)頭(及控制電 路)， 一面的一個(gè)讀數(shù)頭作為動(dòng)激光讀數(shù)頭，隨被測轉(zhuǎn)動(dòng)部件沿圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，只讀取該面上 刻錄的圓分度編碼信息；另一面的一個(gè)讀數(shù)頭作為參考激光讀數(shù)頭，可以讀取光盤上該 面的所有編碼信息。此時(shí)兩個(gè)讀數(shù)頭處于相同的半徑圈，在光盤兩面的這一半徑圈的軌 跡上同一位置上分別刻錄一個(gè)點(diǎn)，就構(gòu)成一個(gè)"獨(dú)碼"，可以說，再也找不到比這種碼更 簡單的編碼了。采用單線(點(diǎn))的獨(dú)碼時(shí)， 一個(gè)圓周上只有一道刻線，按照圓周封閉原 則，就沒有刻劃誤差。如圖2所示，動(dòng)讀數(shù)頭2和參考讀數(shù)頭3形成夾角e，光盤上恒 速旋轉(zhuǎn)的獨(dú)碼相繼掠過動(dòng)讀數(shù)頭2和參考讀數(shù)頭3時(shí)，兩個(gè)讀數(shù)頭上輸出的信號(hào)如圖3 所示，由于光盤的轉(zhuǎn)速恒定，兩路信號(hào)的周期恒定為T，它所對應(yīng)的角度是360。，時(shí)間 差為A/，信號(hào)處理電路測出AL就可以計(jì)算出夾角e:<formula>formula see original document page 4</formula>
角度測量的精度取決于激光讀數(shù)頭讀取分度信息編碼的準(zhǔn)確性，測量的分辨率取決
于信號(hào)處理電路時(shí)間差測量電路的時(shí)鐘脈沖的分辨率。
在參考讀數(shù)頭所對的光盤表面上，除了刻錄有圓分度信息編碼外，與現(xiàn)有的光盤系統(tǒng) 一樣，還在不同的圓周上分別刻錄有絕對零點(diǎn)編碼、誤差修正和補(bǔ)償編碼、糾錯(cuò)編碼等信 息，參考激光讀數(shù)頭如常規(guī)的光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)一樣，做徑向運(yùn)動(dòng)，分別讀取上述各種信息。
權(quán)利要求
1、基于光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)的激光柵角位移傳感器，其包括有刻錄有編碼信息的光盤、激光讀數(shù)頭和信號(hào)處理電路，其特征在于所述光盤為雙面都刻錄有編碼信息的光盤，光盤的兩個(gè)側(cè)面的對稱位置上刻錄完全相同的圓分度信息編碼，其由直流電機(jī)帶動(dòng)光盤恒速旋轉(zhuǎn)；所述激光讀數(shù)頭分動(dòng)激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭，動(dòng)激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭垂直于光盤表面對稱分布在光盤兩側(cè)，動(dòng)激光讀數(shù)頭隨被測可動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，參考激光讀數(shù)頭則沿光盤徑向運(yùn)動(dòng)，它們的信號(hào)分別接入信號(hào)處理電路；恒速旋轉(zhuǎn)的光盤相繼掠過動(dòng)激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭時(shí)，信號(hào)處理電路根據(jù)光盤上的圓分度信息編碼確定的光盤掠過動(dòng)激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭的時(shí)間差，計(jì)算得到與該時(shí)間差一一對應(yīng)的動(dòng)激光讀數(shù)頭和參考激光讀數(shù)頭的角位移。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光柵角位移傳感器，其特征在于在參考激光讀數(shù)頭所 對的光盤表面上的不同圓周上還分別刻錄有絕對零點(diǎn)信息編碼、誤差修正和補(bǔ)償信息編碼 和糾錯(cuò)編碼，在信號(hào)處理過程中參考激光讀數(shù)頭精確讀出這些信息，確定傳感器零位、進(jìn) 行誤差修正和補(bǔ)償從而實(shí)現(xiàn)高精度位移測量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光柵角位移傳感器，其特征在于所述帶動(dòng)光盤恒 速旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)采用脈寬調(diào)制方式，運(yùn)用數(shù)字PID校正和環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于光盤數(shù)據(jù)系統(tǒng)的激光柵角位移傳感器，由刻錄有編碼信息的雙面光盤和動(dòng)激光讀數(shù)頭、參考激光讀數(shù)頭構(gòu)成。直流電機(jī)帶動(dòng)光盤恒速旋轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭垂直于光盤表面對稱分布在光盤兩側(cè)。動(dòng)讀數(shù)頭隨被測可動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)，參考讀數(shù)頭不隨轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)。恒速旋轉(zhuǎn)的光盤相繼掠過動(dòng)讀數(shù)頭和參考讀數(shù)頭時(shí)，根據(jù)光盤上的分度信息編碼可以確定光盤掠過兩個(gè)讀數(shù)頭的時(shí)間差，信號(hào)處理電路測出時(shí)間差即可實(shí)現(xiàn)角位移測量。本傳感器依靠激光讀數(shù)頭的反復(fù)跟蹤制導(dǎo)和聚焦及糾錯(cuò)能力以及誤差修正補(bǔ)償，具有成本低，結(jié)實(shí)耐用，經(jīng)得起惡劣工作環(huán)境的摔打碰撞的特點(diǎn)，可以取代當(dāng)今任何一種靜、動(dòng)態(tài)測量手段來實(shí)現(xiàn)高精度測量。
文檔編號(hào)G01D5/347GK101183015SQ20071009311
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者萬文略, 劉小康, 向險(xiǎn)峰, 張興紅, 彭東林, 偉 楊, 王先全, 陳錫侯 申請人:重慶工學(xué)院