專(zhuān)利名稱(chēng)：一種抗抖動(dòng)的光電編碼器整形電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種抗抖動(dòng)的光電編碼器整形電路技術(shù)領(lǐng)域[0001 ] 本實(shí)用新型涉及增量式光電角軸編碼器，尤其是一種抗抖動(dòng)的光電編碼器整形電 路，屬于光、機(jī)、電精密傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]增量式光電角軸編碼器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)編碼器)是一種集光、機(jī)、電為一體的轉(zhuǎn)速、位 移傳感器，具有精度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定可靠等顯著的優(yōu)點(diǎn)。編碼器的動(dòng)光柵每旋轉(zhuǎn)一周， A相和B相輸出固定數(shù)目的脈沖，Z相輸出一個(gè)脈沖，A相和B相相位差1/4個(gè)脈沖周期。A 相(或B相)每輸出一個(gè)脈沖，表示編碼器旋轉(zhuǎn)了一個(gè)固定的角度，Z相輸出一個(gè)脈沖時(shí)， 表示編碼器旋轉(zhuǎn)了一周。因此編碼器可以測(cè)量角位移及位移方向。[0003]問(wèn)題在于電機(jī)速度控制系統(tǒng)低速運(yùn)行時(shí)，不可避免的會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)(即低速爬行 現(xiàn)象)，若無(wú)可靠的控制措施，編碼器轉(zhuǎn)軸也將隨之晃動(dòng)。引發(fā)編碼器輸出抖動(dòng)的脈沖信號(hào)， 引起誤計(jì)數(shù)，不能對(duì)被測(cè)系統(tǒng)參量進(jìn)行正確采集。編碼器常用于檢測(cè)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的速度 與位移量，在加工過(guò)程中，因受到切削力，機(jī)床快速升降時(shí)的慣性力，彈性力等的影響，機(jī)械 抖動(dòng)現(xiàn)象都有可能發(fā)生，這種機(jī)械抖動(dòng)會(huì)不可避免地輸入編碼器的轉(zhuǎn)軸，引發(fā)光柵盤(pán)抖動(dòng)， 使光脈沖的輸出波形發(fā)生畸變，這種抖動(dòng)的光脈沖，經(jīng)編碼器內(nèi)整形、放大電路后全部輸入 系統(tǒng)。因抖動(dòng)脈沖與標(biāo)準(zhǔn)的脈沖沒(méi)有明顯的差異，所以系統(tǒng)采樣時(shí)很難辨認(rèn)，形成錯(cuò)誤的信 息。錯(cuò)誤的信息將直接引起計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，影響機(jī)床的加工精度和定 位精度。[0004]中國(guó)專(zhuān)利96M3294. 6介紹了一種“圓光柵編碼器的預(yù)處理器”解決誤差計(jì)數(shù)的問(wèn) 題。消除了因慢轉(zhuǎn)時(shí)抖動(dòng)造成的輸出差錯(cuò)及在正、反轉(zhuǎn)時(shí)的觸發(fā)位置不同，而影響測(cè)角精度 的問(wèn)題。但這樣會(huì)給控制工程師帶來(lái)很多不必要的麻煩?？刂乒こ處煻枷Ｍ诰幋a器源頭 處理解決抖動(dòng)脈沖的誤發(fā)問(wèn)題。[0005]光電編碼器的整形電路有多種，其中利用兩只反并聯(lián)的光電二級(jí)管組成的光電接 收器靈敏度最高，具有很高的頻率響應(yīng)特性，高速特性好，響應(yīng)頻率可達(dá)幾百KC。但正是這 一特點(diǎn)，使得干擾信號(hào)也很容易侵入。特別是在系統(tǒng)低速運(yùn)行時(shí)，一但有微小的抖動(dòng)就會(huì)誤 發(fā)干擾脈沖。[0006]常規(guī)編碼器的光電二級(jí)管輸入電路如圖1，由光電接收器Dg(由兩只反并聯(lián)的光 電二極管Dl，D2組成，Dl, D2接收相位相反的光電信號(hào)，當(dāng)Dl全接收光時(shí)，D2就處于全遮 光狀態(tài)，反之亦然)、電阻Rl，R2，R3、電容C及電壓比較器Tl組成，Dg的輸出串接R2與Tl 的“_” “ + ”組成的串聯(lián)電路，構(gòu)成Tl的輸入回路，電容C、R1并聯(lián)后與R2，R3串聯(lián)構(gòu)成反饋 回路。Dg組成光電接收器輸入Tl構(gòu)成差動(dòng)輸入方式，當(dāng)Tl的反向輸入端“_”和同向輸入 端“ + ”端有微小電位差變化時(shí)，Tl的輸出端都會(huì)有脈沖輸出，這個(gè)脈沖被后級(jí)放大輸出。[0007]圖1電路對(duì)于小幅度的干擾有一定的抑制作用，但電路還存在如下問(wèn)題[0008]1)A點(diǎn)電位是浮動(dòng)的，完全依賴(lài)電容C從Rl取得的電壓，通過(guò)充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)回差的 建立，在系統(tǒng)進(jìn)入低速運(yùn)行時(shí)，一但電容C放電完成，放電電流消失，電路會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。[0009]2)在系統(tǒng)受到機(jī)械抖動(dòng)干擾時(shí)，如果反饋量設(shè)計(jì)值不足，就可能出現(xiàn)強(qiáng)烈的抖動(dòng) 脈沖，這時(shí)抗擊系統(tǒng)機(jī)械抖動(dòng)能力差的現(xiàn)象明顯表現(xiàn)出來(lái)。反饋量增大后，Tl的輸出出現(xiàn) 明顯的正負(fù)半周不對(duì)稱(chēng)，特別是在轉(zhuǎn)速、溫度等環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，Tl輸出脈沖的占空比 會(huì)出現(xiàn)明顯的漂移失真。[0010]3)電容C使用一段時(shí)間后，如電容量衰減，抖動(dòng)脈沖更容易產(chǎn)生，造成系統(tǒng)的脈沖 誤發(fā)。發(fā)明內(nèi)容[0011]本實(shí)用新型目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種抗抖動(dòng)的光電編碼器電路，可 以消除由于電容的充放電給電路帶來(lái)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，有效的防止光盤(pán)的抖動(dòng)產(chǎn)生的干擾。[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種抗抖動(dòng)的光電編碼器整形 電路，設(shè)有包括一對(duì)反并聯(lián)的光電二級(jí)管、電阻、電容以及電壓比較器，其特征是反并聯(lián)的 光電二級(jí)管兩端，一端連接電壓比較器的反向輸入端“-”，另一端通過(guò)第一電阻連接電壓比 較器的同向輸入端“ + ”，電壓比較器的同向輸入端“ + ”還通過(guò)第二個(gè)電阻與電壓比較器輸 出端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另一端通過(guò)第三電阻連接電源正端Vcc且與電壓比較 器的電源正端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另一端還通過(guò)第四電阻連接電壓比較器的電 源負(fù)端。[0013]所說(shuō)第一、第二、第三、第四電阻值分別為4. 7kQ、600kQ、4. 7kQ、4· 7k Ω。[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及其顯著效果與現(xiàn)有技術(shù)的光電編碼器整形電路相比較，去 掉了電容C，增加了第三電阻，第三與第四電阻組成串聯(lián)分壓電路，構(gòu)成固定參考點(diǎn)的電壓， 解決了因電容C放電電流為零時(shí)造成的電路不穩(wěn)定現(xiàn)象。


[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的光電編碼器整形電路；[0016]圖2是本實(shí)用新型光電編碼器整形電路；[0017]圖3是圖4電路的輸出波形圖；[0018]圖4是本實(shí)用新型光電編碼器整形電路與后續(xù)電路的一個(gè)實(shí)施例；[0019]圖5是本實(shí)用新型光電編碼器整形電路與后續(xù)電路的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
[0020]參看圖2，一種抗抖動(dòng)的光電編碼器整形電路，設(shè)有包括一對(duì)反并聯(lián)的光電二級(jí) 管、電阻、電容以及電壓比較器Tl，其特征是反并聯(lián)的光電二級(jí)管兩端，一端連接電壓比較 器的反向輸入端“-”，另一端通過(guò)電阻R2連接電壓比較器的同向輸入端“+”，電壓比較器的 同向輸入端“+”還通過(guò)電阻R3與電壓比較器輸出端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另一端 通過(guò)電阻RO連接電源正端且與電壓比較器的電源正端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另 一端還通過(guò)第四電阻Rl連接電壓比較器的電源負(fù)端。R2、R3、R0、Rl分別取值為4. 7kQ、 600k Ω ,4. 7k Ω ,4. 7k Ω。電壓比較器 Tl 選用 LM339。[0021]與現(xiàn)有技術(shù)圖1電路比較，去掉了電容C，增加了電阻R0。RO與Rl組成串聯(lián)分壓電路，構(gòu)成固定參考點(diǎn)A的電位，以解決因電容放電電流為零時(shí)造成的電路不穩(wěn)定現(xiàn)象。[0022]UDH是Tl輸出高電平時(shí)的值，UDL是輸出低電平時(shí)的值，A點(diǎn)電壓的設(shè)置，取UDH 與UDL的中心電位即[0023]UA = 0. 5 (UDH+UDL) (UDL 接近 忽略)[0024]= 0. 5UDH[0025]UA = VccRl/(R0+R1)[0026]選取A點(diǎn)電壓恒定為0. 5UDH，以確保反饋的電壓UR2的對(duì)稱(chēng)性，B點(diǎn)電位是一個(gè) 變化的電壓值，取決于D到A點(diǎn)的電位差，即保證正半波UDH-UA與負(fù)半波UA-UDL電位差相 等，在通過(guò)R2-R3分壓后，在R2上取得的兩個(gè)反饋電壓UR2，-UR2，大小相等，方向相反。[0027]當(dāng)Tl輸出為高電平時(shí)，R2上的電壓降UR2為[0028]UR2 = (UDH-UA)R2/(R2+R3)[0029]= 0. 5UDH R2/ (R2+R3)[0030]當(dāng)Tl輸出為低電平時(shí)，R2上的電壓降-UR2為 -UR2 = (O-UA) R2/ (R2+R3)[0032]= -0. 5UDH R2/ (R2+R3)[0033]見(jiàn)圖3，R2 上的電壓降為:UR2 = 士0. 5UD R2/ (R2+R3)。[0034]UR2的大小設(shè)定取決于光電二極管的電壓峰值UDg的數(shù)值。[0035]UR2正時(shí)滿(mǎn)足UR2 < UDg (UDg是光電管正向轉(zhuǎn)換的幅值電壓)。[0036]UR2負(fù)時(shí)滿(mǎn)足UR2 > -UDg (-UDg是光電管負(fù)向轉(zhuǎn)換的幅值電壓)。[0037]UR2 取值范圍在-UDg < UR2 < UDg[0038]即當(dāng)光電轉(zhuǎn)換電壓|uDg| > UR2時(shí)，整形電路輸出UD翻轉(zhuǎn)；[0039]當(dāng)光電轉(zhuǎn)換電壓IuDgI < UR2時(shí)，電路系統(tǒng)仍保持原狀態(tài)不變；[0040]UR2將進(jìn)入整形電路的抖動(dòng)干擾，包容在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)，從而提供了充分的相 位裕度士 Φ和電壓幅值裕度士UR2。使系統(tǒng)具備了很強(qiáng)的抗干擾能力見(jiàn)圖3。[0041]當(dāng)Tl的反向輸入端“_”電壓低于同向輸入端“ + ”端電壓時(shí)，Tl輸出高電平UDH。 UDH輸出電流1分為兩路，一路經(jīng)R3-R2流入A點(diǎn)，電流流經(jīng)R2，產(chǎn)生電壓降UR2 (注UR2 =頂2)，UR2為整形電路建立了正半周的回差電壓圖3虛線(xiàn)1，另一路輸出給后級(jí)放大電 路，-—。Tl輸出高電平。[0042]當(dāng)Tl的反向輸入端“_”電壓高于同向輸入端“ + ”電壓時(shí)，Tl輸出低電平UDL。[0043]這時(shí)，電流I由A經(jīng)過(guò)R2-R3流入Tl，電流流經(jīng)R2，產(chǎn)生電壓降_UR2 (注_UR2 =_I*R2)，-UR2為整形電路建立負(fù)半周的回差電壓圖3虛線(xiàn)2。Tl輸出低電平。[0044]當(dāng)光電管轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓UDg高于+UR3時(shí)(圖3中虛線(xiàn)1)，T1的輸出UD由高電 平UDH翻轉(zhuǎn)為低電平UDL，同時(shí)R2上的電壓降也由正向電壓UR2翻轉(zhuǎn)為負(fù)向電壓-UR2 ；[0045]這時(shí)，Tl的反向輸入端“_”的信號(hào)電壓高于+UR2，同向輸入端“ + ”的電壓為-UR2， 輸入端的電壓為2UR2，Tl有了可靠的鎖定電壓，只要uDg不低于-UR3系統(tǒng)都不會(huì)再翻轉(zhuǎn)， Tl的輸出被可靠的鎖定為低電平。[0046]當(dāng)光電管轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓uDg低于-UR2時(shí)(圖3中虛線(xiàn)2)，Tl的輸出UD由低電 平UDL翻轉(zhuǎn)為高電平UDH ；同時(shí)R2上的電壓降也由負(fù)向電壓-UR2翻轉(zhuǎn)為正向電壓UR2 ；同 理，Tl輸入端有了可靠的鎖定電壓2UR2，只要uDg不高于UR2系統(tǒng)都不會(huì)再翻轉(zhuǎn)，Tl的輸5出被可靠的鎖定在高電平。[0047]當(dāng)光柵盤(pán)受外界干擾發(fā)生抖動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的干擾信號(hào)見(jiàn)圖3中曲線(xiàn)在3.處，此時(shí)因 干擾電壓的波形被包容在_UR2 < uDg < +UR2范圍內(nèi)。所以，Tl輸出UD始終不翻轉(zhuǎn)，UD 保持原來(lái)狀態(tài)不變，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。[0048]本實(shí)用新型是利用具有高頻特性的光電二極管作為信號(hào)采集的器件。所以編碼器 具有很高的頻率特性，同時(shí)解決了編碼器在低速抖動(dòng)系統(tǒng)中的信號(hào)采集問(wèn)題。由于電路的 對(duì)稱(chēng)性好對(duì)溫度、速度等環(huán)境條件變化產(chǎn)生的影響也小，所以編碼器還具有穩(wěn)定的寬頻帶 輸出的特[0049]參看圖4實(shí)施例1，是本實(shí)用新型整形電路輸出，配合后級(jí)集電極開(kāi)路輸出的電路 圖，穩(wěn)定運(yùn)行方式同前所述，特殊點(diǎn)是如果Tl輸出直接接三極管T2的基極時(shí)，在Tl輸出高 電平UDH時(shí)，UDH將被三極管的基極電壓UE嵌位在低電位(如硅管UBE為0. 7V ；)，過(guò)低 的電壓將導(dǎo)致系統(tǒng)的反饋無(wú)法實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性將被破壞。為了保證Tl輸出高電平UDH時(shí)不受 UE影響，接入二極管D3，作用是提供一個(gè)反向電壓，當(dāng)Tl輸出高電平UDH時(shí)，UE被二極管 D3阻斷，T2的基極由R6提供偏流。Tl仍維持高電平，確保反饋安全送達(dá)Tl的輸入端B，從 而確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。[0050]參看圖5實(shí)施例2，是互補(bǔ)輸出的電路圖，前級(jí)電路同實(shí)施例1，電路中Udd與Udd’ 的電壓相差很多，為確保Udd與Udd’分開(kāi)，確保后級(jí)的(高電壓Udd)脈沖安全輸出，中間 用三極管T2隔開(kāi)。當(dāng)Tl輸出UD為低電平時(shí)，二極管D3導(dǎo)通UE降低T2管截止，輸出高電 平，并通過(guò)T3，T4輸出。當(dāng)Tl輸出UD為高電平時(shí)，二極管D3反向截止，Τ2管導(dǎo)通，輸出低 電平，并通過(guò)Τ3，Τ4輸出。
權(quán)利要求1.一種抗抖動(dòng)的光電編碼器整形電路，設(shè)有包括一對(duì)反并聯(lián)的光電二級(jí)管、電阻、電 容以及電壓比較器，其特征是反并聯(lián)的光電二級(jí)管兩端，一端連接電壓比較器的反向輸入 端“-”，另一端通過(guò)第一電阻連接電壓比較器的同向輸入端“+”，電壓比較器的同向輸入端 “+”還通過(guò)第二個(gè)電阻與電壓比較器輸出端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另一端通過(guò)第 三電阻連接電源正端Vcc且與電壓比較器的電源正端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另一 端還通過(guò)第四電阻連接電壓比較器的電源負(fù)端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗抖動(dòng)的光電編碼器整形電路，其特征是第一、第二、第三、第 四電阻值分別為 4. 7k Ω ,600k Ω、4. 7k Ω、4. 7k Ω。
專(zhuān)利摘要一種抗抖動(dòng)的光電編碼器整形電路，設(shè)有包括一對(duì)反并聯(lián)的光電二級(jí)管、電阻、電容以及電壓比較器，其特征是反并聯(lián)的光電二級(jí)管兩端，一端連接電壓比較器的反向輸入端“-”，另一端通過(guò)第一電阻連接電壓比較器的同向輸入端“+”，電壓比較器的同向輸入端“+”還通過(guò)第二個(gè)電阻與電壓比較器輸出端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另一端通過(guò)第三電阻連接電源正端且與電壓比較器的一個(gè)電源端連接，在反并聯(lián)的光電二級(jí)管的另一端還通過(guò)第四電阻連接電壓比較器的另一個(gè)電源端。
文檔編號(hào)H03K5/01GK201820447SQ20102056490
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者丁一明 申請(qǐng)人:南京中科天文儀器有限公司