摘要:在球坐标激光跟踪测量系统中采用球坐标法可将空间运动物体的三维坐标求出。增量式编码器的精度对于整个测量系统的精度而言，占主导作用。本论文对输出信号为正弦信号的增量式编码器提出一种细分方法一相位编码细分方法，从原理上进行了深人的分析，并设计了硬件电路。与其他方法相比‘该方法具有细分数高且任意可调的特点。
1引言
在球坐标激光跟踪测量系统中，利用激光干涉仪和2个编码器测出距离和2个方位角，采用球坐标法可将空间运动物体的三维坐标求出。编码器的精度对于整个测量系统的精度而言，占主导作用。为了获得更高的分辨率，可对增量式编码器采用二次细分技术。常用的细分方法主要有:直接细分法移相电阻链法毛，三、光学调制法:61和相位编码法:’压等。其中直接细分法和移相电阻链法细分数较少，光学调制法虽具有高细分数、高精度及对信号波形无严格要求的优点，但系统机构相当复杂。相位编码法具有实时、细分数高且任意可调的优点，本文主要研究用相位编码技术对增量式编码器进行细分。
2相位编码技术
通过2个A/D转换器和ROM进行相位测量，采用插补法对输出为正弦信号的增量式编码器进行细分，亦称为“相位编码技术”，可取得较好的效果。输出为正弦信号的光电增量编码器，其输出为相位差为90 0的幅值相同的2个正弦信号a和b，如图1所示。
由于arctan(Vw/Vh)为一周期量，若旋转角度超过士180 0/K，则无法由式(3)计算0，需采用插补法得到该角度。将代表360 0/K的2π相平面分为N=2 n个区，各区分别记为O，1，…，N-1，即相位代码。如图2所示，这里取n=3
采用2个m位A/D转换器对编码器输出信号A、B进行采样，得到二进值代码Da和Dg。量化值Da和Db将2π相平面分为2 mx2 m个小格，如图3所示，这里m=3。
所以其代表的实际角度为:a=Px2π/KN。
将所有的D a,D b事先按照式(4)一(8)计算出相位编码P，并存储于容量为2 2m、字长为n位的ROM中，其对应的地址为Du x 2m + D b，只要m位4/D采样出DaD b，可按照上述地址从ROM中取出相位编码P.将kT时刻的相位编码记为P k,P、以N=2 n为周期，因此若旋转角超过± 180 0/K，不能从相位编码本身得到旋转角，必须通过插补方法得到。
3插补
假设2个采样时刻间的旋转角度小于± 180 0/K，则采样时刻(k-1)T和kT时相位编码差值为:
对Pk不断地进行累加，可获得分辨率为360 0/KN的绝对旋转角度B。若累加器由一个n位累加器和一个用于对累加器进位位进行计数的可逆计数器构成，可逆计数器输出的旋转角度具有360 0/K的分辨率(大数)，而累加器给出分辨率为360 0/KN的旋转角度(小数),2者累加即为旋转角度B，如图4所示。
从式(9)得到的进位位Pc。与Pkmsh相结合可用于判断编码器的旋转方向:正转与反转。
由图4可看出，△Pk、的最高位取反与只相与为1，接至可逆计数器cu脚，对编码器正转计数;Pr的最高位取反与Pk相与为1，接至可逆计数器cd脚，对编码器反转计数。
4结论
虽然增大光栅数可以提高编码器的分辨率，但是减小光栅距不仅在制作上有困难，而且读数系统也难以实现。靠减小光栅距提高分辨率存在着很大的局限。因此可采用上述方法对编码器输出的具有90 0相位差的2个正弦信号进行相位编码，提高增量编码器的分辨率。
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作者简介
陈晓荣，女，1974年出生，山东人，上海理工大学讲师，博士，主要研究方向为光电检测与信号处理。地址:上海理工大学光电学院，200093 电话:021-28275115 ; E-mail:cxisjtu@ 163. com
施展，女，1963年出生，浙江人，上海理工大学副教授，主要研究方向为信号分析与处理。地址:上海理工大学光电学院，200093 电话:021-65683544 ; E-mail ;, shizhan@ usst. edu. cn
