四读数头增量式圆光栅耦合器制造技术

四读数头增量式圆光栅耦合器，涉及一种多读数头的耦合器。为了解决现有多读数头圆光栅测角系统测量角度值不准确的问题。本发明专利技术包括四个读数头接口模块、四个转换模块、两个滤波模块、四个四倍频计数辨向模块、融合反变换模块、差分转换模块和输出接口模块；通过转换模块和滤波模块将四个读数头的圆光栅信号进行处理后，四倍频计数辨向模块采用有限状态机进行倍频、辨向和计数，融合反变换模块再采用三相状态机以及初始信号校正实现将思路计数值融合成一路信号，再依次经差分转换模块和输出接口模块输出信号。本发明专利技术用于圆光栅测角系统。

【技术实现步骤摘要】
四读数头增量式圆光栅耦合器
本专利技术涉及一种多读数头的耦合器，特别涉及一种四读数头增量式圆光栅耦合器。
技术介绍
经济和生产力的迅猛发展也催生了对测角系统新的更多更高的需求，对测试设备的精度和性能的要求越来越高，圆光栅测角系统具有结构简单、测量范围大、量测精度高和动态特性好等优势，因而广泛地应用在高精度惯性测试设备中，而随着圆光栅测量仪器中使用计算机进行信号处理，大大提高了测量的快速性、稳定性和精确性，由于圆光栅传感器的输出信号的质量基本上决定了信号处理结果的可靠性和准确性，所以可以说圆光栅传感器的精度很大程度上决定了高精度测角的精度，而且圆光栅便于细分和融合，提高分辨率和精度，利用圆光栅的多读数头的均化作用，可以有效的消除圆光栅的安装偏心、刻划误差等对读数精度的影响，而且稳定可靠。目前使用的多读数头圆光栅测角系统大都是直接将各读数头的信号直接送到控制器进行信号的采集、解码以及融合处理，得到角度的平均值，控制器根据实时的角度值再完成后续控制操作。这样一来，首先增加了控制器的负担，使得控制器容易出现误操作，特别是在复杂系统中，然后由于需要接到控制器，信号的传输距离较远，导致各读数头的信号的实时性难以保证，造成最终得到的角度值不准确，尤其是在读数头个数较多的情况下，再者当系统读数头个数发生变化时，由于其信号采集和处理集成到控制器中，因此需要对控制器进行较大的修改，造成设备的维护难度加大。由于这些问题的存在，使得多读数头测角系统的消除误差效果大打折扣。因此需要将多读数头圆光栅信号的采集和融合在接近读数头的位置直接完成，同时也要使得输出的信号具有较强的抗干扰能力，这就需要在各读数头附近将多路信号耦合成一路信号，因此需要一种多读数头的耦合器。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有多读数头圆光栅测角系统测量角度值不准确的问题，本专利技术提供一种四读数头增量式圆光栅耦合器。本专利技术的四读数头增量式圆光栅耦合器，所述耦合器包括四个读数头接口模块、四个转换模块、FPGA模块、差分转换模块和输出接口模块；FPGA模块包括两个滤波模块、四个四倍频计数辨向模块和融合反变换模块；四个读数头接口模块输出的RS422差分信号分别发送至四个转换模块，每个转换模块输出A、B、Z相的TTL电平信号同时发送至第一滤波模块，第一滤波模块输出的四路TTL电平滤波信号分别发送至四个四倍频计数辨向模块，每个四倍频计数辨向模块的计数脉冲值信号同时发送至第二滤波模块，第二滤波模块输出的四路计数脉冲值滤波信号同时输入至融合反变换模块，融合反变换模块输出的融合信号输入至差分转换模块，差分转换模块输出RS422差分信号输入至输出接口模块。所述滤波模块，用于根据圆光栅的刻线数和细分倍数，计算出最高转速下圆光栅输出信号的脉冲频率，将频率高于所述脉冲频率的输入信号作为干扰信号滤除。所述四倍频计数辨向模块的工作过程包括：步骤一：判断输入的滤波信号的Z相是否是上升沿，若是，则计数值置零，转入步骤四，若否，则转入步骤二；步骤二：比较相邻两个时钟处输入的滤波信号的A相和B相是否发生超前或滞后，若是，则转入步骤三，若否，则计数的值不变，转入步骤四；步骤三：若滤波信号的B相滞后A相90°，在一个脉冲周期内，A相和B相发生四次相对变化A相和B相每发生一次变化，计数值加1，转入步骤四；若滤波信号的B相超前A相90°，在一个脉冲周期内，A相和B相发生四次相对变化A相和B相每发生一次变化，计数值减1，转入步骤四；步骤四：计数值进行锁存，返回步骤一。融合反变换模块的工作过程包括：步骤一：对输入的四路计数脉冲的计数值求平均，获得平均计数脉冲值；步骤二：判断步骤一得到的平均计数脉冲值的最低位是否出现上升沿或者下降沿，若是，转入步骤三，若否，则计数脉冲的A相和B相的电平保持不变，转入步骤一；步骤三：比较所述平均计数脉冲值与上一个时钟的平均计数脉冲值的大小相差是否超过1，若是，则计数脉冲的A相和B相的电平均置低位，转入步骤一，若否，则转入步骤四；步骤四：判断所述的平均计数脉冲值和上一个时钟以及上上个时钟的平均计数脉冲值的大小关系，采用三相状态机对平均计数脉冲的A相、B相和Z相进行相应的状态转换，获得一路A、B、Z相融合信号，再转入步骤一；所述三相状态机包括A相、B相和Z相电平的8个状态，分别为000状态、001状态、010状态、011状态、100状态、101状态、110状态和111状态；在000状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入100状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值大于上上个时钟的计数值时，转入101状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入010状态；当此时平均计数脉冲值为零，而且上一个时钟的计数值等于上上个时钟的计数值，转入001状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值小于上上个时钟的计数值，转入011状态；在001状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入100状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入010状态；在010状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入000状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值大于上上个时钟的计数值时，转入001状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入110状态；当此时平均计数脉冲值为零，而且上一个时钟的计数值等于上上个时钟的计数值，转入011状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值小于上上个时钟的计数值，转入111状态；在011状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入000状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入110状态；在100状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入110状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值大于上上个时钟的计数值时，转入111状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入000状态；当此时平均计数脉冲值为零，而且上一个时钟的计数值等于上上个时钟的计数值，转入101状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值小于上上个时钟的计数值，转入001状态；在101状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入110状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入000状态；在110状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入010状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值大于上上个时钟的计数值时，转入011状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入100状态；当此时平均计数脉冲值为零，而且上一个时钟的计数值等于上上个时钟的计数值，转入111状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值小于上上个时钟的计数值，转入101状态；在111状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入010状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入100状态。融合反变换模块的工作过程还包括：采用三相状态机对平均计数脉冲的A相、B相和Z相进行相应的状态转换，获得一路A、B、Z相融合信号后，所述Z相融合信号为初步融合信号采用输入至融合反变换模块的原始四本文档来自技高网...

【技术保护点】
四读数头增量式圆光栅耦合器，其特征在于，所述耦合器包括四个读数头接口模块、四个转换模块、FPGA模块、差分转换模块和输出接口模块；FPGA模块包括两个滤波模块、四个四倍频计数辨向模块和融合反变换模块；四个读数头接口模块输出的RS422差分信号分别发送至四个转换模块，每个转换模块输出A、B、Z相的TTL电平信号同时发送至第一滤波模块，第一滤波模块输出的四路TTL电平滤波信号分别发送至四个四倍频计数辨向模块，每个四倍频计数辨向模块的计数脉冲值信号同时发送至第二滤波模块，第二滤波模块输出的四路计数脉冲值滤波信号同时输入至融合反变换模块，融合反变换模块输出的融合信号输入至差分转换模块，差分转换模块输出RS422差分信号输入至输出接口模块。

【技术特征摘要】
1.四读数头增量式圆光栅耦合器，其特征在于，所述耦合器包括四个读数头接口模块、四个转换模块、FPGA模块、差分转换模块和输出接口模块；FPGA模块包括两个滤波模块、四个四倍频计数辨向模块和融合反变换模块；四个读数头接口模块输出的RS422差分信号分别发送至四个转换模块，每个转换模块输出A、B、Z相的TTL电平信号同时发送至第一滤波模块，第一滤波模块输出的四路TTL电平滤波信号分别发送至四个四倍频计数辨向模块，每个四倍频计数辨向模块的计数脉冲值信号同时发送至第二滤波模块，第二滤波模块输出的四路计数脉冲值滤波信号同时输入至融合反变换模块，融合反变换模块输出的融合信号输入至差分转换模块，差分转换模块输出RS422差分信号输入至输出接口模块;所述滤波模块，用于根据圆光栅的刻线数和细分倍数，计算出最高转速下圆光栅输出信号的脉冲频率，将频率高于所述脉冲频率的输入信号作为干扰信号滤除;所述四倍频计数辨向模块的工作过程包括：步骤一：判断输入的滤波信号的Z相是否是上升沿，若是，则计数值置零，转入步骤四，若否，则转入步骤二；步骤二：比较相邻两个时钟处输入的滤波信号的A相和B相是否发生超前或滞后，若是，则转入步骤三，若否，则计数的值不变，转入步骤四；步骤三：若滤波信号的B相滞后A相90°，在一个脉冲周期内，A相和B相发生四次相对变化，A相和B相每发生一次变化，计数值加1，转入步骤四；若滤波信号的B相超前A相90°，在一个脉冲周期内，A相和B相发生四次相对变化，A相和B相每发生一次变化，计数值减1，转入步骤四；步骤四：计数值进行锁存，返回步骤一；融合反变换模块的工作过程包括：步骤一：对输入的四路计数脉冲的计数值求平均，获得平均计数脉冲值；步骤二：判断步骤一得到的平均计数脉冲值的最低位是否出现上升沿或者下降沿，若是，转入步骤三，若否，则计数脉冲的A相和B相的电平保持不变，转入步骤一；步骤三：比较所述平均计数脉冲值与上一个时钟的平均计数脉冲值的大小相差是否超过1，若是，则计数脉冲的A相和B相的电平均置低位，转入步骤一，若否，则转入步骤四；步骤四：判断所述的平均计数脉冲值和上一个时钟以及上上个时钟的平均计数脉冲值的大小关系，采用三相状态机对平均计数脉冲的A相、B相和Z相进行相应的状态转换，获得一路A、B、Z相融合信号，再转入步骤一；所述三相状态机包括A相、B相和Z相电平的8个状态，分别为000状态、001状态、010状态、011状态、100状态、101状态、110状态和111状态；在000状态，当此时平均计数脉冲值大于上一个时钟的计数值时，转入100状态；当此时平均计数脉冲值为零，且上一个时钟的计数值大于上上个时钟的计数值时，转入101状态；当此时平均计数脉冲值小于上一个时钟的计数值时，转入010状态；当此时平均计数脉冲值为零...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彬彬，王舰，王常虹，程炳坤，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23