一种带信号质量自检测功能的正余弦光电编码器的制作方法

本发明涉及光电编码器领域，具体涉及一种带信号质量自检测功能的正余弦光电编码器。

背景技术：

正余弦光电编码器在电梯永磁同步曳引机上已运用的比较成熟，其输出信号为模拟量，可在接收端选择不同的细分器得到不同的分辨率，大大提高了位置定位的精度，此种编码器目前主要以进口为主。

现有技术中的正余弦光电编码器，一般包括LED发光电路、光信号接收电路、信号处理电路以及EEPROM参数存储电路。LED发光电路产生的光源透过编码器光栅投射到光信号接收电路上，再将接收到的信号通过信号处理电路进行处理，信号处理完成后将参数存储在EEPROM中。但是正余弦光电编码器在电梯上使用的时候，由于环境、长时间运行或外部干扰等因素，很容易造成正余弦编码器信号输出不良或信号丢失，往往导致电机“飞车”从而引起一系列电梯安全事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带信号质量自检测功能的正余弦光电编码器，能够及时检测正余弦光电编码器的信号质量，提高编码器应用的安全性。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：

一种带信号质量自检功能的正余弦光电编码器，包括A/B/R信号处理模块，所述A/B/R信号处理模块的A信号输出端、B信号输出端连接波形质量检测模块，所述波形质量检测模块包括：

信号峰峰值检测单元，检测A、B信号的峰峰值电压，判断后输出相应的逻辑信号；

信号相位检测单元，检测A、B信号的相位差，判断后输出相应的逻辑信号；

以及逻辑运算单元，接收所述的逻辑信号进行逻辑运算，输出检测结果。

上述技术方案中，正余弦光电编码器中的LED发光模块产生的光源透过编码器光栅投射到光信号接收模块上，再将接收到的信号通过信号处理模块的处理，信号处理完成后将参数存储在EEPROM中，最后通过波形质量检测模块对输出的正余弦波形进行自检测。

波形质量检测模块包括信号峰峰值检测单元和信号相位检测单元，具有正余弦信号峰峰值检测和正余弦信号相位检测的功能。与编码器连接的控制器只需检测逻辑运算单元输出的检测结果，根据信号的电平高低即可判断编码器信号是否有异常，省去了繁琐的编码器信号检测电路，降低了成本，同时提高了系统运行的安全性。

优选的，所述逻辑运算单元可以为与门逻辑运算单元或或门逻辑运算单元。当逻辑运算单元为与门逻辑运算单元时，编码器信号质量符合要求的时候与门逻辑运算单元输出的信号为高电平，编码器信号异常的时候与门逻辑运算单元输出的信号为低电平；当逻辑运算单元为或门逻辑运算单元时，编码器信号质量符合要求的时候或门逻辑运算单元输出的信号为低电平，编码器信号异常的时候或门逻辑运算单元输出的信号为高电平。

优选的，所述信号峰峰值检测单元包括两个分别连接A信号输出端、B信号输出端且接地的分压电路和连接分压电路的电压检测比较电路，电压检测比较电路连接所述的逻辑运算单元。所述分压电路使得波形质量检测模块具有开路检测的功能。

优选的，所述分压电路包括分压电阻和下拉电阻，所述分压电阻一端连接A信号输出端或B信号输出端，另一端连接下拉电阻，所述下拉电阻接地。

优选的，所述信号相位检测单元包括相串接的sin²+cos²模拟乘法器和比较电路，比较电路连接所述的逻辑运算单元。

进一步优选，所述比较电路包括上限值比较器和下限值比较器。

作为改进，还包括连接A信号输出端、B信号输出端的信号验证模块。

所述信号验证模块包括：

ERR信号峰峰值检测单元，检测A、B信号的峰峰值电压，与所述信号峰峰值检测单元进行相反的逻辑运算，输出相应的逻辑信号；

ERR信号相位检测单元，检测A、B信号的相位差，与所述信号相位检测单元进行相反的逻辑运算，输出相应的逻辑信号；

以及ERR逻辑运算单元，接收所述的逻辑信号进行逻辑运算，输出验证结果。

信号验证模块具有ERR信号峰峰值检测单元和ERR信号相位检测单元，同样具有正余弦信号开路检测，正余弦信号峰峰值检测，以及正余弦信号相位检测的功能。与编码器连接的控制器分别检测波形质量检测模块和信号验证模块输出的信号的电平高低，更加精确地判断编码器信号是否有异常，省去了繁琐的编码器信号检测电路，降低了成本，同时提高了系统运行的安全性。

当波形质量检测模块中的逻辑运算单元为与门逻辑运算单元，ERR逻辑运算单元优选为或门ERR逻辑运算单元；而当波形质量检测模块中的逻辑运算单元为或门逻辑运算单元，ERR逻辑运算单元优选为与门ERR逻辑运算单元。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明中的正余弦光电编码器能够通过波形质量检测模块对输出的正余弦波形进行自检测，而与编码器连接的控制器只需检测逻辑运算单元输出信号的电平即可判断编码器信号是否有异常。

(2)本发明中的正余弦光电编码器还设有信号验证模块，更加精确地判断编码器信号是否有异常，省去了繁琐的编码器信号检测电路，降低了成本，同时提高了电梯的安全性。

附图说明

图1为实施例1中的正余弦光电编码器的模块图；

图2为实施例1中的A、B、C、D和R信号的相位关系；

图3为实施例1中波形质量检测模块图；

图4为实施例1中波形质量检测模块及信号验证模块的输出信号波形图；

图5为实施例1中OK电压检测比较电路的模块图；

图6为实施例1中ERR电压检测比较电路的模块图；

图7为实施例2中波形质量检测的模块图。

其中，1、OK电压检测比较电路；2、OK信号相位检测单元；3、与门逻辑运算单元；4、sin²+cos²模拟乘法器；5、OK上限值比较器；6、OK下限值比较器；7、第一分压电路；8、第二分压电路；9、或门逻辑运算单元；10、ERR电压检测比较电路；11、ERR信号相位检测单元；12、ERR上限值比较器；13、ERR下限值比较器；14、第四分压电路；15、第三分压电路。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进一步说明。

实施例1

如图1所示的正余弦光电编码器，LED发光模块是正余弦光电编码器的光源，光透过光栅后投射到光信号接收模块上；此时，光信号在光信号接收模块上转化成电信号，并将此电信号分别输入到A/B/R信号处理模块和C/D信号处理模块。

A、B、C、D、R信号相位关系如图2所示，其中A、B信号为光栅每旋转一圈输出各500-5000个正余弦波形，A信号为正弦波，B信号为余弦波，输出正余弦波形的数量由光栅上刻的码道决定，C、D信号为光栅每旋转一圈输出各一个正余弦波形，C信号为正弦波，D信号为余弦波，R信号为光栅每旋转一圈输出一个三角波。

A/B/R信号处理模块和C/D信号处理模块通过参数校准，把输入的信号校准为符合标准的正余弦信号，同时信号处理模块将校准好的参数存储到EEPROM中，此时即可输出如图2所示的A、B、C、D、R信号。

A、B信号分别输入到波形质量检测模块和信号验证模块中进行信号质量的检测。

如图3所示，波形质量检测模块包括：OK信号峰峰值检测单元，检测A、B信号的峰峰值电压，判断后输出相应的逻辑信号；OK信号相位检测单元2，检测A、B信号的相位差，判断后输出相应的逻辑信号；以及与门逻辑运算单元3，接收逻辑信号进行逻辑与运算，输出检测结果OK信号。与门逻辑运算单元3还连接有电源电压VCC。

OK信号峰峰值检测单元包括连接A信号输出端的第一分压电路7、连接B信号输出端的第三分压电路15以及分别连接分压点P1和P3的OK电压检测比较电路1，OK电压检测比较电路1连接与门逻辑运算单元3。

如图5所示，OK电压检测比较电路1包括OK电压上限值比较器和OK电压下限值比较器。

第一分压电路7包括分压电阻R1和下拉电阻R1’，分压电阻R1一端连接A信号输出端，另一端连接分压点P1，下拉电阻R1’一端连接分压点P1，另一端接地。第三分压电路15包括分压电阻R3和下拉电阻R3’，分压电阻R3一端连接B信号输出端，另一端连接分压点P3，下拉电阻R3’一端连接分压点P3，另一端接地。

OK信号相位检测单元2包括相串接的sin²+cos²模拟乘法器4和比较电路，比较电路连接与门逻辑运算单元3。比较电路包括OK上限值比较器5和OK下限值比较器6。

如图3所示，信号验证模块包括：ERR信号峰峰值检测单元，检测A、B信号的峰峰值电压，与OK信号峰峰值检测单元进行相反的逻辑运算，输出相应的逻辑信号；ERR信号相位检测单元11，检测A、B信号的相位差，与OK信号相位检测单元2进行相反的逻辑运算，输出相应的逻辑信号；以及或门逻辑运算单元9，接收逻辑信号进行逻辑或运算，输出验证结果ERR信号。或门逻辑运算单元9还连接有电源电压VCC。

ERR信号峰峰值检测单元包括连接A信号输出端的第二分压电路8、连接B信号输出端的第四分压电路14以及分别连接分压点P2和P4的ERR电压检测比较电路10，ERR电压检测比较电路10连接或门逻辑运算单元9。

如图6所示，ERR电压检测比较电路10包括ERR电压上限值比较器和ERR电压下限值比较器。

第二分压电路8包括分压电阻R2和下拉电阻R2’，分压电阻R2一端连接A信号输出端，另一端连接分压点P2，下拉电阻R2’一端连接分压点P2，另一端接地。第四分压电路14包括分压电阻R4和下拉电阻R4’，分压电阻R4一端连接B信号输出端，另一端连接分压点P4，下拉电阻R4’一端连接分压点P4，另一端接地。

ERR信号相位检测单元11包括相串接的sin²+cos²模拟乘法器4和比较电路，比较电路连接或门逻辑运算单元9。比较电路包括ERR上限值比较器12和ERR下限值比较器13。

A/B信号开路检测：当A或B信号没有波形输出时，则为开路。本实施例以A信号开路为例作以下说明，B信号同A信号的开路检测方法与输出逻辑一致。当A信号开路时，分压电路中A端口没有信号输入，由于下拉电阻R1’和下拉电阻R2’的一端均接地，因此P1和P2两点的电压均为0V。后端的OK电压检测比较电路1和ERR电压检测比较电路10检测到输入信号为0V时，则minOK输出逻辑“0”，进入与门电路，此时OK信号输出低电平；minERR输出逻辑“1”，进入或门电路，此时ERR信号输出高电平。当A、B信号正常输入时，波形质量检测模块和信号验证模块根据A、B信号的峰峰值和相位差情况输出相应的逻辑电平，以下作进一步说明。

A/B信号峰峰值检测：当A、B信号峰峰值的大于1.3V时，OK电压检测比较电路1的maxOK输出逻辑“0”，进入与门电路，此时OK信号输出低电平；ERR电压检测比较电路10的maxERR输出逻辑“1”，进入或门电路，此时ERR信号输出高电平。当A、B信号的峰峰值小于0.7V时，OK电压检测比较电路1的minOK输出逻辑“0”，进入与门电路，此时OK信号输出低电平；ERR电压检测比较电路10的minERR输出逻辑“1”，进入或门电路，此时ERR信号输出高电平。当A、B信号的峰峰值在0.7V-1.3V之间时，电压检测比较电路的maxOK和minOK均输出逻辑“1”，maxERR和minERR均输出逻辑“0”。

A/B信号相位检测：A、B信号标准相位差为90度，当A、B信号相位差为大于90+27度时，sin²+cos²模拟乘法器4计算出的值大于1.2Vpp，进入比较器后，hiOK输出逻辑“0”，进入与门电路，此时OK信号输出低电平；hiERR输出逻辑“1”，进入或门电路，此时ERR信号输出高电平。当A、B信号的相位差小于90-27度时，sin²+cos²模拟乘法器4计算出的值小于0.8Vpp，进入比较器后，loOK输出逻辑“0”，进入与门电路，此时OK信号输出低电平；loERR输出逻辑“1”，进入或门电路，此时ERR信号输出高电平。当A、B信号的相位差在90-27度到90+27度之间时，sin²+cos²模拟乘法器4计算出的值在0.8Vpp到1.2Vpp之间，进入比较器后，hiOK和loOK均输出逻辑“1”，hiERR和loERR均输出逻辑“0”。

最终由波形质量检测模块及信号验证模块输出OK信号和EER信号，若信号正常，则OK信号为高电平，ERR信号为低电平；若信号异常，则OK信号为低电平，ERR信号为高电平，OK和ERR信号的波形如图4所示。

实施例2

由于信号验证模块是冗余设计，具体实施的时候可以只保留波形质量检测模块，同样可以达到上述技术效果。

如图7所示，波形质量检测模块包括：OK信号峰峰值检测单元，检测A、B信号的峰峰值电压，判断后输出相应的逻辑信号；OK信号相位检测单元2，检测A、B信号的相位差，判断后输出相应的逻辑信号；以及与门逻辑运算单元3，接收逻辑信号进行逻辑与运算，输出检测结果OK信号。与门逻辑运算单元3还连接有电源电压VCC。

OK信号峰峰值检测单元包括连接A信号输出端的第一分压电路7、连接B信号输出端的第三分压电路15以及分别连接分压点P1和P3的OK电压检测比较电路1，OK电压检测比较电路1连接与门逻辑运算单元3。

OK电压检测比较电路1也如图5所示，包括OK电压上限值比较器和OK电压下限值比较器。

第一分压电路7包括分压电阻R1和下拉电阻R1’，分压电阻R1一端连接A信号输出端，另一端连接分压点P1，下拉电阻R1’一端连接分压点P1，另一端接地。第三分压电路15包括分压电阻R3和下拉电阻R3’，分压电阻R3一端连接B信号输出端，另一端连接分压点P3，下拉电阻R3’一端连接分压点P3，另一端接地。

OK信号相位检测单元2包括相串接的sin²+cos²模拟乘法器4和比较电路，比较电路连接与门逻辑运算单元3。比较电路包括OK上限值比较器5和OK下限值比较器6。

在编码器信号质量符合要求的时候OK信号为高电平，在编码器信号异常的时候OK信号为低电平。