[发明专利]一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法

说明书

本发明公开了一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法。目前，对综合细分误差进行补偿的方式很难适应光电编码器工作现场及工作环境的变化等情况。本发明对光电信号质量误差各项误差分量进行分离，然后根据分离出的各项光电信号质量误差通过电子学细分方法分别计算对应的细分误差，从而实现细分误差分离。本发明对原始光电信号质量要求较低，对编码器光电信号的应用场合具有更广泛的适应性和实用性，经过本发明误差分离后再对细分误差进行补偿，有利于光电编码器精度的提高。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法。

背景技术

光电编码器是一种用于高精密角度、位移检测的传感器，其广泛应用于高精度运动控制领域中。光电编码器工作原理是利用反射或者透射光源经过编码器码盘，在接收传感器上形成莫尔条纹，即为包含位置信息的光电信号，并输出到系统处理器上，用于反馈位置信息。光电角度编码器核心部件包含光栅码盘和光电接收器，由于编码器各器件的制造精度、电路设计、安装工艺、环境干扰等因素影响，使得编码器实际输出的光电信号不可避免的存在光电信号质量误差，其包含直流电平、正交性、等幅性、正弦性主要四种误差分量，从而引起细分误差影响编码器精度。因此，为保证编码器精度，需要对细分误差进行补偿，目前常见的光电信号细分误差补偿方式多侧重基于BP神经网络和基于径向基函数网络等智能和自适应算法的研究，编码器细分误差补偿方法存在的问题是误差修正需要在实验室等较理想的环境下进行,且只针对编码器的综合细分误差进行修正或补偿，因此，这些细分误差补偿方法很难适应光电编码器工作现场及工作环境的变化等情况。并且由于补偿对象为综合细分误差，多种误差综合会使得误差规律变得较为复杂，当采用智能补偿算法对综合细分误差进行补偿时，其补偿结果精度较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法，该方法对光电信号质量误差各项误差分量进行分离，然后根据分离出的各项光电信号质量误差通过电子学细分方法分别计算对应的细分误差，从而实现细分误差分离。本发明分离后各项光电信号质量误差引起的细分误差可采用基于径向基函数等补偿算法进行补偿，具有实用性，适应能力强，可针对更广泛的编码器光电信号应用场合。

本发明解决技术问题采取的技术方案是：

一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法，具体如下：

(1)对正、余弦信号模型中光电信号质量误差的直流电平误差U₁、U₂进行分离。

通过光电探测器接收的幅值电压来求解直流电平误差，推导过程如下：

式中u₁'、u₂'分别为包含光电信号质量误差的正、余弦信号，U₁、U₂表示直流电平误差，表示正交性误差，ξ表示等幅性误差，A₃sin3θ+A₅sin5θ为正弦信号的正弦性误差，B₃cos3θ+B₅cos5θ为余弦信号的正弦性误差；θ为光电编码器单个原始信号周期中所处的相位，0≤θ≤2π；A₁为正弦信号的基波分量幅值，A₃、A₅、B₃和B₅均为谐波分量幅值。因为y_s和y_c均为正弦周期函数，正弦周期函数的峰值和谷值绝对值相等，所以正弦信号u₁'的峰值u₁'_max和谷值u₁'_min以及余弦信号u₂'的峰值u₂'_max和谷值u₂'_min分别求解如下：