專利名稱:用以指示變量值的設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及用以指示一種變量值的設(shè)備。本發(fā)明特別適用于內(nèi)插器，例如，可用于位置編碼器中。
在內(nèi)插器的公知形式中，在相位上等間距的一系列正弦波是從正交正弦波輸入信號導(dǎo)出的，內(nèi)插處理過程是通過將該系列正弦波施加到其輸出表示相應(yīng)的輸入值大于或小于零的相應(yīng)的比較器中。每次任意一個比較器的輸出發(fā)生變化時，一個計數(shù)器記錄一個計數(shù)，計數(shù)方向則依賴于比較器輸出變化的方向。公知電路的問題在于，若寄生脈沖被計數(shù)，則以后的計數(shù)永久地保持在錯誤之中。
在一個方面，本發(fā)明提供以一種具有供檢測表示一內(nèi)插處理過程的一計數(shù)中的錯誤并對任何已被檢測出的錯誤予以糾正的裝置的內(nèi)插器。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種這樣的內(nèi)插器，在該內(nèi)插器中，表示內(nèi)插處理過程的一個輸出計數(shù)是從一個對多個比較器的實際輸出值有響應(yīng)的電路導(dǎo)出而得到的，而不是象現(xiàn)有技術(shù)那樣，只對所述值的變化有響應(yīng)。
下面參照附圖通過實例進(jìn)一步敘述本發(fā)明。附圖中圖1是本發(fā)明一個最佳實施例的示意圖;
圖2是一個波形圖和一個表，用以說明圖1實施例的工作情況;
圖3是更詳細(xì)表示圖1所示儀器一部分值得推薦的形式的方框圖。
參看圖1。其轉(zhuǎn)動位置是待監(jiān)控的轉(zhuǎn)軸2配備以固定在轉(zhuǎn)軸2上的并在圍繞其邊緣處有一光柵6的轉(zhuǎn)盤4。來自光源8的光照射到光柵6后，反射到第一和第二轉(zhuǎn)換器10和12上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)換器10和12就根據(jù)光柵6的運動產(chǎn)生正交輸出信號。在圖2中的A所示的這些正交信號A和A被施加到循環(huán)計數(shù)器14上，該循環(huán)計數(shù)器14則按公知的方式工作，以便在輸出16上提供表示轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動位置的輸出二進(jìn)制數(shù)。這樣，在波形A1完成一個循環(huán)時，根據(jù)轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)動方向由循環(huán)計數(shù)器14的數(shù)輸出增加或減少一個計數(shù)單位，另一波形A2則用以確定該轉(zhuǎn)動方向。
為將轉(zhuǎn)軸2的位置分解成波形A1各周期的分?jǐn)?shù)，將轉(zhuǎn)換器10和12的輸出施加到內(nèi)插器18上。內(nèi)插器18包括一個矩陣電路20。矩陣電路20接收波形A，并通過不同比例將一個波形A加到其它波形A，由它們導(dǎo)出如圖2B中所示的一套十個正弦波B0至B9。這些正弦波的頻率與波A1和A2的一樣，而且它們在相位上彼此等間距，因而十個波B0至B9的十個過零點分別表示在波A1的每個周期中，因而也是光柵6每個周期中轉(zhuǎn)軸2的二十個等間距位置。波形B0至B9經(jīng)矩陣電路并行輸出后并被施加到一組十個比較器22的相應(yīng)的一個比較器中。每個比較器22被安排成用以在相應(yīng)的輸入波B0至B9具有大于零的值時輸出二進(jìn)制1，反之則輸出二進(jìn)制0。這些二進(jìn)制輸出出現(xiàn)在線路C0至C9上，并具有圖2的表C中所示的，在光柵的每個全循環(huán)中關(guān)于轉(zhuǎn)軸2的二十個位置中每個位置的值。表C中，這二十個位置在表達(dá)的最上行以位置0至19標(biāo)示，對任意一個給定位置比較器的輸出C0至C9則可通過往下讀出表中相應(yīng)于該位置的列而觀察出來。從這個表可以看出，轉(zhuǎn)軸2的位置可通過檢驗比較器的輸出C0至C9以判明兩毗鄰比較器其中哪一個比較器輸出為二進(jìn)制1，而另一個比較器輸出為二進(jìn)制0，從而確定轉(zhuǎn)軸2的位置。舉例來說，若比較器3的輸出為二進(jìn)制1，比較器4的輸出為二進(jìn)制0，則轉(zhuǎn)軸2就處于位置3。若轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)到位置4，則比較器輸出C4變?yōu)槎M(jìn)制1，因而這個位置就以比較器輸出C4由二進(jìn)制1表示，而比較器輸出C5為二進(jìn)制0本身。這樣，要確定0至9的位置可通過追蹤在“0”組26與“1”組28之間的界線24而獲得。同樣，在A1的第二個半周期中位置10至19可通過追蹤在“1”組28與“0”組32之間的界線30而確定的。此種追蹤是由數(shù)據(jù)選擇電路34、邏輯電路36和計數(shù)器電路38完成的。計數(shù)器電路38在40處輸出的二進(jìn)制數(shù)表示轉(zhuǎn)軸2是處在0至19的哪一個位置上。
如圖3所示，數(shù)據(jù)選擇電路34包括兩數(shù)據(jù)選擇器42和44，每一個數(shù)據(jù)選擇器都具有十個數(shù)據(jù)輸入D0至D9。信號C0至C9分別被施加到選擇器42的輸入C0至D9。信號C1至C9也分別施加到選擇器44的輸入D0至D8。選擇器44的輸入D9接收信號C0的倒相信號C
0。電路42和44具有相應(yīng)的地址輸入46、48和相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出50、52。利用地址輸入46、48，施加到每一選擇器42、44的任意一個輸入D0至D9的信號都可選擇地應(yīng)用于相應(yīng)的輸出50、52上。地址輸入46和48都接到二-十進(jìn)制計數(shù)器54的輸出，因而選擇器42和44總是將來自對應(yīng)的輸入D0至D9的信號施加到它們相應(yīng)的輸出50和52上。因此，若計數(shù)器54對選擇器44的輸入D2尋址，信號C2出現(xiàn)在輸出50上，而信號C3則出現(xiàn)在輸出52上。通過使計數(shù)器54遞增計數(shù)或遞減計數(shù)從而順次對輸入D0至D9尋址就可限定圖2表中界線24或30的位置。
出現(xiàn)在線路50和52的信號通過鎖存電路55和56供應(yīng)到計數(shù)器控制電路62的相應(yīng)的輸入端58和60。若轉(zhuǎn)軸2處在1至9的位置中之一，即在A1的第一個半周期內(nèi)，且計數(shù)器控制電路62在其每一個輸入58和60檢測出二進(jìn)制1，該計數(shù)器控制電路在線路64上輸出一個信號以使二-十進(jìn)制計數(shù)器54遞增計數(shù)一個計數(shù)單位，此過程被重復(fù)，直到在輸入60上出現(xiàn)二進(jìn)制0為止。輸入D0至D9以這種方式輪流地被尋址，直至遇到界線24的位置為止。同樣，再次假設(shè)轉(zhuǎn)軸2處于1至9的位置中之一時，若計數(shù)器控制電路62在其輸入58和60都收到“0”，該計數(shù)器控制電路則在線路66上輸出一個信號，以使計數(shù)器54遞減計數(shù)一個計數(shù)單位，此過程也同樣被重復(fù)，直到確定界線24的位置為止。若計數(shù)器控制電路62在輸入58接收一個1，而在輸入60接收一個0，則計數(shù)器54的計數(shù)不變。
若轉(zhuǎn)軸2處在位置10至19的位置中之一時，即對應(yīng)于A1第二個半周期的位置，則計數(shù)器控制電路62的邏輯電路反相，該計數(shù)器控制電路應(yīng)向二-十進(jìn)制計數(shù)器54發(fā)出指令，以便在響應(yīng)輸入58、60的每一個輸入上的一個1進(jìn)行遞減計數(shù)和在響應(yīng)輸入58、60的每一個輸入上的一個0而進(jìn)行遞增計數(shù)。半循環(huán)計數(shù)器68根據(jù)二-十進(jìn)制計數(shù)器54的數(shù)確定該位置處于A1第一個半周期的位置，抑或處于A1第二個半周期的位置，同時通過線路70向控制電路62輸出適當(dāng)指令。
根據(jù)圖2和3不難理解，當(dāng)半循環(huán)計數(shù)器68表明該位置是處于A1的第一個半周期時，在線路58上出現(xiàn)二進(jìn)制0，同時線路60上出現(xiàn)二進(jìn)制1時，則表示處于錯誤狀態(tài)。同樣，當(dāng)半循環(huán)計數(shù)器68表明該位置處于A1的第二個半周期時，在線路58上出現(xiàn)二進(jìn)制1，同時在線路60上出現(xiàn)二進(jìn)制0，則也表示處于錯誤狀態(tài)。出現(xiàn)這種狀態(tài)時，計數(shù)器控制電路62的輸出61上就出現(xiàn)錯誤標(biāo)記。
因此，計數(shù)器54的計數(shù)表示轉(zhuǎn)軸2處在0至19的哪一個位置上。在圖3所示的實施例中，二進(jìn)制計數(shù)器72中也記錄著對應(yīng)的計數(shù)，這使該計數(shù)器分別響應(yīng)線路64和66上的信號向下計數(shù)或向上計數(shù)，以便以純二進(jìn)制的形式提供表示轉(zhuǎn)軸2位置的輸出。但計數(shù)器72中的計數(shù)不會在每一周期內(nèi)提供表示位置的絕對指示，除非提供以為確保存儲在二進(jìn)制計數(shù)器72中的實際數(shù)與存儲在二-十進(jìn)值計數(shù)器54中的實際數(shù)相等的線路。盡管這一點是不難實現(xiàn)，但在許多應(yīng)用中，并不一定非這樣做不可，因為通過二進(jìn)制計數(shù)器72的任意一個輸入線路64和66施加到二進(jìn)制計數(shù)器72的任何寄生脈沖也會同時施加到二-十進(jìn)制計數(shù)器54上，然后自動地被校正。但若需要在每一周期內(nèi)指示出絕對位置時，則可以二-十進(jìn)制計數(shù)器54的輸出獲取。
如前所述，選擇器44的輸入D9接收信號C
0。根據(jù)圖2的表可看到，為提供位置9和19的指示，這樣做是必要的。
顯然從內(nèi)插器的工作來考慮，與現(xiàn)有技術(shù)的器件不同，無需在起動階段以轉(zhuǎn)軸2處于已知位置情況下向計數(shù)器寄存已知的數(shù)，因為采用本發(fā)明時，在起動時，在計數(shù)器54中無論是什么數(shù)，將根據(jù)需要會自動地被校正過來。因此，上面敘述的電路布局確保計數(shù)器54中的計數(shù)在每一光柵周期內(nèi)為轉(zhuǎn)軸2的絕對位置提供準(zhǔn)確的插值。如前面所述，計數(shù)器72的計數(shù)不指示絕對位置，因為計數(shù)器中的數(shù)是依賴于在起動時，計數(shù)器穩(wěn)定下來的方式而定，但這之后，二進(jìn)制計數(shù)器72中數(shù)的變化提供準(zhǔn)確的插值。當(dāng)發(fā)生例如由于計數(shù)器錯誤計數(shù)造成的轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)動或產(chǎn)生寄生信號而使計數(shù)器54的計數(shù)與轉(zhuǎn)軸2的位置不相對應(yīng)時，這就會通過在電路62的輸入58、60上出現(xiàn)的兩個二進(jìn)制“1”或兩個二進(jìn)制“0”而被檢測出來，同時計數(shù)器54和72會在適當(dāng)?shù)姆较蛏鲜茯?qū)動，直到計數(shù)器54確定界線24或30的位置為止。這樣，在所示的實施例中，數(shù)據(jù)選擇電路34和邏輯電路38的工作是檢測計數(shù)錯誤，并對任何這類錯誤進(jìn)行校正，這是通過檢查諸比較器輸出的實際狀況并在計數(shù)與該狀況不一致時修正該計數(shù)而實現(xiàn)的。
本發(fā)明具有各種各樣的用途。雖然上面是就轉(zhuǎn)動位置檢測的布局方式敘述了本發(fā)明，但它同樣也適用于檢測作線性運動元件的位置。本發(fā)明還可采用上述以外的光學(xué)轉(zhuǎn)換器，例如象計量技術(shù)中供高分辨率檢測所用的那種干涉測量轉(zhuǎn)換器等。此外，還可配備光學(xué)轉(zhuǎn)換器以外的轉(zhuǎn)換器，供產(chǎn)生輸入正弦波或多個正弦波之用。
本發(fā)明并不局限于位置的檢測，它還可用以對各種各樣的輸入信號進(jìn)行插值處理。
雖然以上所舉的實施例假定本發(fā)明是用硬連線邏輯電路付諸實施的，這樣做不僅操作速率高，而且市場上也可以買到現(xiàn)成的廉價邏輯元件，因而是較為理想的，但本發(fā)明也可至少部分采用軟件付諸實施，盡管這樣做可能會降低響應(yīng)速率。
雖然這里是以內(nèi)插器為例來說明本發(fā)明，但本發(fā)明也可應(yīng)用于其它用以指示變量值的設(shè)備。但若本發(fā)明在位置編碼器中與內(nèi)插法配合使用時則特別有利。
權(quán)利要求
1.一種用以指示變量值的設(shè)備，該設(shè)備包括用以獲取一系列隨所述變量變化而作周期性變化且具有不同相位的類似信號的裝置(20)，用以存儲表示已達(dá)到預(yù)定條件的所述變化著的信號的數(shù)的一個數(shù)的裝置(38)和用以響應(yīng)所述周期性地變化著的信號的變化改變所述已存儲數(shù)的裝置(34，36)；其特征在于，所述數(shù)改變裝置(34，36)對所述已存儲的數(shù)和所述變化著的信號的實際條件都有響應(yīng)，以便在發(fā)生所述已存儲的數(shù)與所述實際條件不一致時改變所述已存儲的數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于裝置(22)限定了所述周期性地變化的信號通過該裝置時的閾值，且所述數(shù)改變裝置(34，36)包括裝置(42，44，62)，用以確定相對于所述周期性地變化信號的某一毗鄰對的所述閾值的值在所述已存儲數(shù)所限定的所述系列中的一個位置上，并用以改變所述已存儲數(shù)，直至它限定所述分別具有高于和低于閾值的值的所述周期性地變化的信號的某一毗鄰對的位置為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的設(shè)備，其特征在于，所述改變裝置包括一個具有各安排成接收依賴于所述周期性地變化信號的相應(yīng)的一個不同信號的數(shù)據(jù)的多個輸入終端(C0至C9)的選擇電路(34)，所述選擇電路(34)由所述已存儲的數(shù)控制，用以選擇所述已存儲數(shù)所限定的毗鄰輸入終端(C0至C9);及一個邏輯裝置(62)，用以根據(jù)施加到所選擇的輸入終端(C0至C9)上的數(shù)據(jù)改變已存儲的數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值限定裝置(22)包括多個比較器，安排成用以接收相應(yīng)的每個所述周期性地變化信號，且各個比較器都被安排成用以將所述數(shù)據(jù)提供給所述輸入終端(C0至C9)的相應(yīng)的一個輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3或4所述的設(shè)備，其特征在于，所述選擇電路(34)包括兩個類似的數(shù)據(jù)選擇器(42，44)，各數(shù)據(jù)選擇器具有多個數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)，該數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)與所述輸入終端(C0至C9)的相應(yīng)的一個輸入端連接，使所述兩數(shù)據(jù)選擇器(42，44)的所述數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)的對應(yīng)的每一個輸入接到所述輸入終端(C0至C9)的毗鄰輸入端，各個數(shù)據(jù)選擇器(42，44)具有一地址輸入(46，48)，已存儲的數(shù)被施加到該地址輸入上用以選擇所述數(shù)據(jù)輸入(D0至D9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2至5中的任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述周期性地變化的信號為正弦波。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的設(shè)備，其特征在于，所述閾值為所述正弦波的過零點。
8.根據(jù)以上任意一項權(quán)利要求
所述的設(shè)備，其特征在于，所述尋出裝置(20)用以以正弦波的形式從一輸入信號進(jìn)行內(nèi)插處理以導(dǎo)出所述系列的周期性地變化的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的設(shè)備，其特征在于裝置(68)，是用以根據(jù)在輸入信號正弦波的第一個半周期抑或處于第二個半周期中進(jìn)行內(nèi)插處理過程來控制所述數(shù)變化的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置(68)包括一從所述數(shù)確定在輸入正弦波信號的第一個半周期中抑或第二個半周期中進(jìn)行內(nèi)插處理過程的計數(shù)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8至10中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)出裝置(20)用以從正交的第一和第二輸入正弦波信號導(dǎo)出所述周期性地變化的信號。
12.一種位置編碼器，其特征在于，該位置編碼器包括一用以提供依賴于其位置為待編碼的元件的運動的輸入信號的裝置(6，10，12);一用以提供依賴于由所述輸入信號指示的所述元件位置的計數(shù)的位置計數(shù)器(14);和一根據(jù)以上任意一項權(quán)利要求
的設(shè)備(18)安排成用以接收所述輸入信號和用以在所述位置計數(shù)器(14)所指示的位置之間進(jìn)行內(nèi)插處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的編碼器，其特征在于，該編碼包括一光柵(6)和一轉(zhuǎn)換裝置(10，12)，用以提供所述輸入信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12或13所述的編碼器，其特征在于，該編碼器能對轉(zhuǎn)動位置進(jìn)行編碼。
15.根據(jù)權(quán)利要求
12或13所述的編碼器，其特征在于，該編碼器能對線性位置進(jìn)行編碼。
專利摘要
在一種位置編碼器中，一內(nèi)插器從正交輸入信號尋出一系列在相位上等間距的正弦波，這些正弦波被施加到相應(yīng)的比較器上，這些比較器根據(jù)相應(yīng)的正弦波是在過零點之上或之下輸出二進(jìn)制零或二進(jìn)制一。內(nèi)插處理是通過識別一對毗鄰的所述正弦波進(jìn)行的，該對正弦波中，其中有一個具有大于零的值，另一個具有小于零的值，及一個計數(shù)器存儲著表示這對信號的數(shù)。
文檔編號G01D5/245GK87106776SQ87106776
公開日1988年4月13日 申請日期1987年10月2日
發(fā)明者彼得·迪安·奧尼恩 申請人:蘭克·泰勒·霍布森有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan