專(zhuān)利名稱(chēng)：基于tdc計(jì)時(shí)器的高精度位置信號(hào)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種位置檢測(cè)技術(shù)，尤其是一種利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)連續(xù)性特征，采用高精度時(shí)間測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位置信號(hào)精度檢測(cè)的方法及裝置，具體地說(shuō)是一種基于TDC計(jì)時(shí)器的高精度位置信號(hào)檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，高精度位置信號(hào)檢測(cè)是數(shù)控裝備、精密測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)的重要組成部分。 尤其對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)中，位置信號(hào)檢測(cè)的精度決定了加工精度。要提高檢測(cè)精度，就要選用更高分辨率的檢測(cè)裝置，而高分辨率的檢測(cè)裝置價(jià)格高昂，在普通數(shù)控裝備上使用時(shí)極不經(jīng)濟(jì)，并且精密的檢測(cè)裝置對(duì)于使用環(huán)境的要求十分茍刻。因此，如果能夠突破檢測(cè)裝置本身的局限性，研究出一種成本相對(duì)較低、位置精度相對(duì)較高的檢測(cè)裝置，將具有十分重要的意義。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和科技工作人員展開(kāi)了許多研究，提出了機(jī)電結(jié)合法， 這一方法的基本思想是通過(guò)升速傳動(dòng)裝置將旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)進(jìn)給軸與傳感裝置旋轉(zhuǎn)軸連接起來(lái)，利用傳動(dòng)裝置的升速比，增大角度檢測(cè)裝置的旋轉(zhuǎn)角度，從而提高檢測(cè)分辨率。如果傳動(dòng)裝置的升速比為M，則傳感器的分辨率可提高M(jìn)倍。鄧方、陳杰與陳文頡等為解決高精度光電編碼器檢測(cè)中存在的問(wèn)題，用此方法以蝸輪蝸桿對(duì)步進(jìn)電機(jī)的輸出角位移進(jìn)行細(xì)分， 提高了電機(jī)的控制精度。然而，由于該方案中存在機(jī)械傳動(dòng)鏈，盡管傳動(dòng)鏈主要傳遞運(yùn)動(dòng)， 傳動(dòng)力矩很小，但還是存在傳動(dòng)間隙和機(jī)械變形，因此，該方案會(huì)導(dǎo)致脈沖輸出不均勻、誤差較大等情況。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)目前高分辨率的檢測(cè)裝置價(jià)格高昂、使用環(huán)境的要求十分茍刻，難以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的問(wèn)題，提供一種分辨力與測(cè)量精度度，成本低的基于TDC計(jì)時(shí)器的高精度位置信號(hào)檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種基于TDC計(jì)時(shí)器的高精度位置信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征是它主要由信號(hào)調(diào)理電路1、第一斬波器2、第二斬波器3、加法器4、帶通濾波器5、過(guò)零比較器6、TDC計(jì)時(shí)器7、基準(zhǔn)脈沖電路8和移向器9，信號(hào)調(diào)理電路1的輸入端與檢測(cè)裝置的兩路輸出端相連，信號(hào)調(diào)理電路1的兩路輸出端分別與對(duì)應(yīng)的第一斬波器2和第二斬波器3的一路輸入端相連，第一斬波器2和第二斬波器3的另一路輸入端分別與移向器9對(duì)應(yīng)的輸出端相連，移向器9的輸入端接基準(zhǔn)脈沖電路8的輸出端，第一斬波器2和第二斬波器3的輸出端分別接加法器 4對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入端，加法器4的輸出接帶通濾波器5的輸入端，帶通濾波器5的輸出端接過(guò)零比較器6的輸入端，過(guò)零比較器6的輸出端及移向器9的載波脈沖信號(hào)同時(shí)接TDC計(jì)時(shí)器7的輸入端，TDC計(jì)時(shí)器7的輸出端接由FPGA實(shí)現(xiàn)的高精度位置測(cè)算模塊10的輸入端，高精度位置測(cè)算模塊10經(jīng)計(jì)算后輸出位置信號(hào)給控制系統(tǒng)。[0007]所述的基準(zhǔn)脈沖電路8為輸出固定頻率的基準(zhǔn)脈沖電路。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型利用普通精度的檢測(cè)裝置即可實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)信號(hào)的精確測(cè)量，有效地提高檢測(cè)裝置的分辨力及測(cè)量精度，降低實(shí)際成本。

圖1是本實(shí)用新型的檢測(cè)裝置的原理框圖。圖2是本實(shí)用新型的TDC核心測(cè)量單元的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例一。如圖1-2所示。一種基于TDC計(jì)時(shí)器的高精度位置信號(hào)檢測(cè)裝置，它主要由信號(hào)調(diào)理電路1、第一斬波器2、第二斬波器3、加法器4、帶通濾波器5、過(guò)零比較器6、TDC計(jì)時(shí)器7 (型號(hào)可為 TDC-GP2)、基準(zhǔn)脈沖電路8和移向器9，如圖1，信號(hào)調(diào)理電路1的輸入端與檢測(cè)裝置的兩路輸出端相連，信號(hào)調(diào)理電路1的兩路輸出端分別與對(duì)應(yīng)的第一斬波器2和第二斬波器3的一路輸入端相連，第一斬波器2和第二斬波器3的另一路輸入端分別與移向器9對(duì)應(yīng)的輸出端相連，移向器9的輸入端接基準(zhǔn)脈沖電路8 (輸出固定頻率)的輸出端，第一斬波器2和第二斬波器3的輸出端分別接加法器4對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入端，加法器4的輸出接帶通濾波器 5的輸入端，帶通濾波器5的輸出端接過(guò)零比較器6的輸入端，過(guò)零比較器6的輸出端及移向器9的載波脈沖信號(hào)同時(shí)接TDC計(jì)時(shí)器7的輸入端，TDC計(jì)時(shí)器7的輸出端接由FPGA實(shí)現(xiàn)的高精度位置測(cè)算模塊10 (可采用計(jì)算機(jī)或具有計(jì)算功能的單片機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)，也可采用軟件加以實(shí)現(xiàn))的輸入端，高精度位置測(cè)算模塊10經(jīng)計(jì)算后輸出位置信號(hào)給控制系統(tǒng)，TDC 計(jì)時(shí)器7的原理如圖2所示。本實(shí)施例中的信號(hào)調(diào)理電路1、第一斬波器2、第二斬波器3、加法器4、帶通濾波器 5、過(guò)零比較器6、TDC計(jì)時(shí)器7、基準(zhǔn)脈沖電路8和移向器9均為常規(guī)電路，可采用現(xiàn)有技術(shù)或教科書(shū)中的相關(guān)電路加以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的檢測(cè)裝置的具體檢測(cè)方法為首先，利用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)檢測(cè)裝置輸出的兩路正交信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，再通過(guò)斬波器，實(shí)現(xiàn)調(diào)制；檢測(cè)裝置輸出的兩路正交信號(hào)為Ur(x) =U0 Ur ^B β(χ)(1)Ui(X)=Ue U； a3se(x)(2)6>(x) = -(3)式中辦x)是機(jī)械位移角；壞是輸出信號(hào)上疊加的直流電平；L是截距，χ是角度傳感器動(dòng)靜間的相對(duì)位移量；U;為輸出信號(hào)的幅值；其次，將所得的信號(hào)濾波、減法、放大等相關(guān)的信號(hào)處理，得到兩路新的電信號(hào)巧=Ur. sinff(x)(4)F2 =Ut'CX3SG(jl)(5)第三，相位調(diào)制。引入一組頻率為ω、相位差為90°的方波載波信號(hào)，并把它們展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)形式
權(quán)利要求1.一種基于TDC計(jì)時(shí)器的高精度位置信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征是它主要由信號(hào)調(diào)理電路(1)、第一斬波器(2)、第二斬波器(3)、加法器(4)、帶通濾波器(5)、過(guò)零比較器(6)、TDC 計(jì)時(shí)器(7)、基準(zhǔn)脈沖電路(8)和移向器(9)，信號(hào)調(diào)理電路(1)的輸入端與檢測(cè)裝置的兩路輸出端相連，信號(hào)調(diào)理電路(1)的兩路輸出端分別與對(duì)應(yīng)的第一斬波器(2)和第二斬波器 (3)的一路輸入端相連，第一斬波器(2)和第二斬波器(3)的另一路輸入端分別與移向器 (9)對(duì)應(yīng)的輸出端相連，移向器(9)的輸入端接基準(zhǔn)脈沖電路(8)的輸出端，第一斬波器(2) 和第二斬波器(3)的輸出端分別接加法器(4)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入端，加法器(4)的輸出接帶通濾波器(5 )的輸入端，帶通濾波器(5 )的輸出端接過(guò)零比較器(6 )的輸入端，過(guò)零比較器(6 ) 的輸出端及移向器(9)的載波脈沖信號(hào)同時(shí)接TDC計(jì)時(shí)器(7)的輸入端，TDC計(jì)時(shí)器(7)的輸出端接由FPGA實(shí)現(xiàn)的高精度位置測(cè)算模塊(10)的輸入端，高精度位置測(cè)算模塊(10)經(jīng)計(jì)算后輸出位置信號(hào)給控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的基準(zhǔn)脈沖電路(8)為輸出固定頻率的基準(zhǔn)脈沖電路。
專(zhuān)利摘要一種基于TDC計(jì)時(shí)器的高精度位置信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征是它主要由信號(hào)調(diào)理電路(1)、第一斬波器(2)、第二斬波器(3)、加法器(4)、帶通濾波器(5)、過(guò)零比較器(6)、TDC計(jì)時(shí)器(7)、基準(zhǔn)脈沖電路(8)和移向器(9)，信號(hào)調(diào)理電路(1)的輸入端與檢測(cè)裝置的兩路輸出端相連，其兩路輸出端分別與對(duì)應(yīng)的第一斬波器(2)和第二斬波器(3)的一路輸入端相連，它們的輸出端分別接加法器(4)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入端，加法器(4)的輸出接帶通濾波器(5)的輸入端，帶通濾波器(5)的輸出端接過(guò)零比較器(6)的輸入端，過(guò)零比較器(6)的輸出端及移向器(9)的載波脈沖信號(hào)同時(shí)接TDC計(jì)時(shí)器(7)的輸入端。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)信號(hào)的精確測(cè)量，有效地提高檢測(cè)裝置的分辨力及測(cè)量精度，降低實(shí)際成本。
文檔編號(hào)G01D5/244GK202229774SQ20112039048
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者廖文和, 楊文安, 郭宇 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)