本發(fā)明涉及光電編碼器領(lǐng)域，具體涉及一種帶信號質(zhì)量自檢測功能的正余弦光電編碼器。

背景技術(shù)：

正余弦光電編碼器在電梯永磁同步曳引機(jī)上已運(yùn)用的比較成熟，其輸出信號為模擬量，可在接收端選擇不同的細(xì)分器得到不同的分辨率，大大提高了位置定位的精度，此種編碼器目前主要以進(jìn)口為主。

現(xiàn)有技術(shù)中的正余弦光電編碼器，一般包括LED發(fā)光電路、光信號接收電路、信號處理電路以及EEPROM參數(shù)存儲電路。LED發(fā)光電路產(chǎn)生的光源透過編碼器光柵投射到光信號接收電路上，再將接收到的信號通過信號處理電路進(jìn)行處理，信號處理完成后將參數(shù)存儲在EEPROM中。但是正余弦光電編碼器在電梯上使用的時(shí)候，由于環(huán)境、長時(shí)間運(yùn)行或外部干擾等因素，很容易造成正余弦編碼器信號輸出不良或信號丟失，往往導(dǎo)致電機(jī)“飛車”從而引起一系列電梯安全事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶信號質(zhì)量自檢測功能的正余弦光電編碼器，能夠及時(shí)檢測正余弦光電編碼器的信號質(zhì)量，提高編碼器應(yīng)用的安全性。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為：

一種帶信號質(zhì)量自檢功能的正余弦光電編碼器，包括A/B/R信號處理模塊，所述A/B/R信號處理模塊的A信號輸出端、B信號輸出端連接波形質(zhì)量檢測模塊，所述波形質(zhì)量檢測模塊包括：

信號峰峰值檢測單元，檢測A、B信號的峰峰值電壓，判斷后輸出相應(yīng)的邏輯信號；

信號相位檢測單元，檢測A、B信號的相位差，判斷后輸出相應(yīng)的邏輯信號；

以及邏輯運(yùn)算單元，接收所述的邏輯信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出檢測結(jié)果。

上述技術(shù)方案中，正余弦光電編碼器中的LED發(fā)光模塊產(chǎn)生的光源透過編碼器光柵投射到光信號接收模塊上，再將接收到的信號通過信號處理模塊的處理，信號處理完成后將參數(shù)存儲在EEPROM中，最后通過波形質(zhì)量檢測模塊對輸出的正余弦波形進(jìn)行自檢測。

波形質(zhì)量檢測模塊包括信號峰峰值檢測單元和信號相位檢測單元，具有正余弦信號峰峰值檢測和正余弦信號相位檢測的功能。與編碼器連接的控制器只需檢測邏輯運(yùn)算單元輸出的檢測結(jié)果，根據(jù)信號的電平高低即可判斷編碼器信號是否有異常，省去了繁瑣的編碼器信號檢測電路，降低了成本，同時(shí)提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

優(yōu)選的，所述邏輯運(yùn)算單元可以為與門邏輯運(yùn)算單元或或門邏輯運(yùn)算單元。當(dāng)邏輯運(yùn)算單元為與門邏輯運(yùn)算單元時(shí)，編碼器信號質(zhì)量符合要求的時(shí)候與門邏輯運(yùn)算單元輸出的信號為高電平，編碼器信號異常的時(shí)候與門邏輯運(yùn)算單元輸出的信號為低電平；當(dāng)邏輯運(yùn)算單元為或門邏輯運(yùn)算單元時(shí)，編碼器信號質(zhì)量符合要求的時(shí)候或門邏輯運(yùn)算單元輸出的信號為低電平，編碼器信號異常的時(shí)候或門邏輯運(yùn)算單元輸出的信號為高電平。

優(yōu)選的，所述信號峰峰值檢測單元包括兩個(gè)分別連接A信號輸出端、B信號輸出端且接地的分壓電路和連接分壓電路的電壓檢測比較電路，電壓檢測比較電路連接所述的邏輯運(yùn)算單元。所述分壓電路使得波形質(zhì)量檢測模塊具有開路檢測的功能。

優(yōu)選的，所述分壓電路包括分壓電阻和下拉電阻，所述分壓電阻一端連接A信號輸出端或B信號輸出端，另一端連接下拉電阻，所述下拉電阻接地。

優(yōu)選的，所述信號相位檢測單元包括相串接的sin²+cos²模擬乘法器和比較電路，比較電路連接所述的邏輯運(yùn)算單元。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述比較電路包括上限值比較器和下限值比較器。

作為改進(jìn)，還包括連接A信號輸出端、B信號輸出端的信號驗(yàn)證模塊。

所述信號驗(yàn)證模塊包括：

ERR信號峰峰值檢測單元，檢測A、B信號的峰峰值電壓，與所述信號峰峰值檢測單元進(jìn)行相反的邏輯運(yùn)算，輸出相應(yīng)的邏輯信號；

ERR信號相位檢測單元，檢測A、B信號的相位差，與所述信號相位檢測單元進(jìn)行相反的邏輯運(yùn)算，輸出相應(yīng)的邏輯信號；

以及ERR邏輯運(yùn)算單元，接收所述的邏輯信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出驗(yàn)證結(jié)果。

信號驗(yàn)證模塊具有ERR信號峰峰值檢測單元和ERR信號相位檢測單元，同樣具有正余弦信號開路檢測，正余弦信號峰峰值檢測，以及正余弦信號相位檢測的功能。與編碼器連接的控制器分別檢測波形質(zhì)量檢測模塊和信號驗(yàn)證模塊輸出的信號的電平高低，更加精確地判斷編碼器信號是否有異常，省去了繁瑣的編碼器信號檢測電路，降低了成本，同時(shí)提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

當(dāng)波形質(zhì)量檢測模塊中的邏輯運(yùn)算單元為與門邏輯運(yùn)算單元，ERR邏輯運(yùn)算單元優(yōu)選為或門ERR邏輯運(yùn)算單元；而當(dāng)波形質(zhì)量檢測模塊中的邏輯運(yùn)算單元為或門邏輯運(yùn)算單元，ERR邏輯運(yùn)算單元優(yōu)選為與門ERR邏輯運(yùn)算單元。

同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

(1)本發(fā)明中的正余弦光電編碼器能夠通過波形質(zhì)量檢測模塊對輸出的正余弦波形進(jìn)行自檢測，而與編碼器連接的控制器只需檢測邏輯運(yùn)算單元輸出信號的電平即可判斷編碼器信號是否有異常。

(2)本發(fā)明中的正余弦光電編碼器還設(shè)有信號驗(yàn)證模塊，更加精確地判斷編碼器信號是否有異常，省去了繁瑣的編碼器信號檢測電路，降低了成本，同時(shí)提高了電梯的安全性。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中的正余弦光電編碼器的模塊圖；

圖2為實(shí)施例1中的A、B、C、D和R信號的相位關(guān)系；

圖3為實(shí)施例1中波形質(zhì)量檢測模塊圖；

圖4為實(shí)施例1中波形質(zhì)量檢測模塊及信號驗(yàn)證模塊的輸出信號波形圖；

圖5為實(shí)施例1中OK電壓檢測比較電路的模塊圖；

圖6為實(shí)施例1中ERR電壓檢測比較電路的模塊圖；

圖7為實(shí)施例2中波形質(zhì)量檢測的模塊圖。

其中，1、OK電壓檢測比較電路；2、OK信號相位檢測單元；3、與門邏輯運(yùn)算單元；4、sin²+cos²模擬乘法器；5、OK上限值比較器；6、OK下限值比較器；7、第一分壓電路；8、第二分壓電路；9、或門邏輯運(yùn)算單元；10、ERR電壓檢測比較電路；11、ERR信號相位檢測單元；12、ERR上限值比較器；13、ERR下限值比較器；14、第四分壓電路；15、第三分壓電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖1所示的正余弦光電編碼器，LED發(fā)光模塊是正余弦光電編碼器的光源，光透過光柵后投射到光信號接收模塊上；此時(shí)，光信號在光信號接收模塊上轉(zhuǎn)化成電信號，并將此電信號分別輸入到A/B/R信號處理模塊和C/D信號處理模塊。

A、B、C、D、R信號相位關(guān)系如圖2所示，其中A、B信號為光柵每旋轉(zhuǎn)一圈輸出各500-5000個(gè)正余弦波形，A信號為正弦波，B信號為余弦波，輸出正余弦波形的數(shù)量由光柵上刻的碼道決定，C、D信號為光柵每旋轉(zhuǎn)一圈輸出各一個(gè)正余弦波形，C信號為正弦波，D信號為余弦波，R信號為光柵每旋轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)三角波。

A/B/R信號處理模塊和C/D信號處理模塊通過參數(shù)校準(zhǔn)，把輸入的信號校準(zhǔn)為符合標(biāo)準(zhǔn)的正余弦信號，同時(shí)信號處理模塊將校準(zhǔn)好的參數(shù)存儲到EEPROM中，此時(shí)即可輸出如圖2所示的A、B、C、D、R信號。

A、B信號分別輸入到波形質(zhì)量檢測模塊和信號驗(yàn)證模塊中進(jìn)行信號質(zhì)量的檢測。

如圖3所示，波形質(zhì)量檢測模塊包括：OK信號峰峰值檢測單元，檢測A、B信號的峰峰值電壓，判斷后輸出相應(yīng)的邏輯信號；OK信號相位檢測單元2，檢測A、B信號的相位差，判斷后輸出相應(yīng)的邏輯信號；以及與門邏輯運(yùn)算單元3，接收邏輯信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，輸出檢測結(jié)果OK信號。與門邏輯運(yùn)算單元3還連接有電源電壓VCC。

OK信號峰峰值檢測單元包括連接A信號輸出端的第一分壓電路7、連接B信號輸出端的第三分壓電路15以及分別連接分壓點(diǎn)P1和P3的OK電壓檢測比較電路1，OK電壓檢測比較電路1連接與門邏輯運(yùn)算單元3。

如圖5所示，OK電壓檢測比較電路1包括OK電壓上限值比較器和OK電壓下限值比較器。

第一分壓電路7包括分壓電阻R1和下拉電阻R1’，分壓電阻R1一端連接A信號輸出端，另一端連接分壓點(diǎn)P1，下拉電阻R1’一端連接分壓點(diǎn)P1，另一端接地。第三分壓電路15包括分壓電阻R3和下拉電阻R3’，分壓電阻R3一端連接B信號輸出端，另一端連接分壓點(diǎn)P3，下拉電阻R3’一端連接分壓點(diǎn)P3，另一端接地。

OK信號相位檢測單元2包括相串接的sin²+cos²模擬乘法器4和比較電路，比較電路連接與門邏輯運(yùn)算單元3。比較電路包括OK上限值比較器5和OK下限值比較器6。

如圖3所示，信號驗(yàn)證模塊包括：ERR信號峰峰值檢測單元，檢測A、B信號的峰峰值電壓，與OK信號峰峰值檢測單元進(jìn)行相反的邏輯運(yùn)算，輸出相應(yīng)的邏輯信號；ERR信號相位檢測單元11，檢測A、B信號的相位差，與OK信號相位檢測單元2進(jìn)行相反的邏輯運(yùn)算，輸出相應(yīng)的邏輯信號；以及或門邏輯運(yùn)算單元9，接收邏輯信號進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，輸出驗(yàn)證結(jié)果ERR信號?；蜷T邏輯運(yùn)算單元9還連接有電源電壓VCC。

ERR信號峰峰值檢測單元包括連接A信號輸出端的第二分壓電路8、連接B信號輸出端的第四分壓電路14以及分別連接分壓點(diǎn)P2和P4的ERR電壓檢測比較電路10，ERR電壓檢測比較電路10連接或門邏輯運(yùn)算單元9。

如圖6所示，ERR電壓檢測比較電路10包括ERR電壓上限值比較器和ERR電壓下限值比較器。

第二分壓電路8包括分壓電阻R2和下拉電阻R2’，分壓電阻R2一端連接A信號輸出端，另一端連接分壓點(diǎn)P2，下拉電阻R2’一端連接分壓點(diǎn)P2，另一端接地。第四分壓電路14包括分壓電阻R4和下拉電阻R4’，分壓電阻R4一端連接B信號輸出端，另一端連接分壓點(diǎn)P4，下拉電阻R4’一端連接分壓點(diǎn)P4，另一端接地。

ERR信號相位檢測單元11包括相串接的sin²+cos²模擬乘法器4和比較電路，比較電路連接或門邏輯運(yùn)算單元9。比較電路包括ERR上限值比較器12和ERR下限值比較器13。

A/B信號開路檢測：當(dāng)A或B信號沒有波形輸出時(shí)，則為開路。本實(shí)施例以A信號開路為例作以下說明，B信號同A信號的開路檢測方法與輸出邏輯一致。當(dāng)A信號開路時(shí)，分壓電路中A端口沒有信號輸入，由于下拉電阻R1’和下拉電阻R2’的一端均接地，因此P1和P2兩點(diǎn)的電壓均為0V。后端的OK電壓檢測比較電路1和ERR電壓檢測比較電路10檢測到輸入信號為0V時(shí)，則minOK輸出邏輯“0”，進(jìn)入與門電路，此時(shí)OK信號輸出低電平；minERR輸出邏輯“1”，進(jìn)入或門電路，此時(shí)ERR信號輸出高電平。當(dāng)A、B信號正常輸入時(shí)，波形質(zhì)量檢測模塊和信號驗(yàn)證模塊根據(jù)A、B信號的峰峰值和相位差情況輸出相應(yīng)的邏輯電平，以下作進(jìn)一步說明。

A/B信號峰峰值檢測：當(dāng)A、B信號峰峰值的大于1.3V時(shí)，OK電壓檢測比較電路1的maxOK輸出邏輯“0”，進(jìn)入與門電路，此時(shí)OK信號輸出低電平；ERR電壓檢測比較電路10的maxERR輸出邏輯“1”，進(jìn)入或門電路，此時(shí)ERR信號輸出高電平。當(dāng)A、B信號的峰峰值小于0.7V時(shí)，OK電壓檢測比較電路1的minOK輸出邏輯“0”，進(jìn)入與門電路，此時(shí)OK信號輸出低電平；ERR電壓檢測比較電路10的minERR輸出邏輯“1”，進(jìn)入或門電路，此時(shí)ERR信號輸出高電平。當(dāng)A、B信號的峰峰值在0.7V-1.3V之間時(shí)，電壓檢測比較電路的maxOK和minOK均輸出邏輯“1”，maxERR和minERR均輸出邏輯“0”。

A/B信號相位檢測：A、B信號標(biāo)準(zhǔn)相位差為90度，當(dāng)A、B信號相位差為大于90+27度時(shí)，sin²+cos²模擬乘法器4計(jì)算出的值大于1.2Vpp，進(jìn)入比較器后，hiOK輸出邏輯“0”，進(jìn)入與門電路，此時(shí)OK信號輸出低電平；hiERR輸出邏輯“1”，進(jìn)入或門電路，此時(shí)ERR信號輸出高電平。當(dāng)A、B信號的相位差小于90-27度時(shí)，sin²+cos²模擬乘法器4計(jì)算出的值小于0.8Vpp，進(jìn)入比較器后，loOK輸出邏輯“0”，進(jìn)入與門電路，此時(shí)OK信號輸出低電平；loERR輸出邏輯“1”，進(jìn)入或門電路，此時(shí)ERR信號輸出高電平。當(dāng)A、B信號的相位差在90-27度到90+27度之間時(shí)，sin²+cos²模擬乘法器4計(jì)算出的值在0.8Vpp到1.2Vpp之間，進(jìn)入比較器后，hiOK和loOK均輸出邏輯“1”，hiERR和loERR均輸出邏輯“0”。

最終由波形質(zhì)量檢測模塊及信號驗(yàn)證模塊輸出OK信號和EER信號，若信號正常，則OK信號為高電平，ERR信號為低電平；若信號異常，則OK信號為低電平，ERR信號為高電平，OK和ERR信號的波形如圖4所示。

實(shí)施例2

由于信號驗(yàn)證模塊是冗余設(shè)計(jì)，具體實(shí)施的時(shí)候可以只保留波形質(zhì)量檢測模塊，同樣可以達(dá)到上述技術(shù)效果。

如圖7所示，波形質(zhì)量檢測模塊包括：OK信號峰峰值檢測單元，檢測A、B信號的峰峰值電壓，判斷后輸出相應(yīng)的邏輯信號；OK信號相位檢測單元2，檢測A、B信號的相位差，判斷后輸出相應(yīng)的邏輯信號；以及與門邏輯運(yùn)算單元3，接收邏輯信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，輸出檢測結(jié)果OK信號。與門邏輯運(yùn)算單元3還連接有電源電壓VCC。

OK信號峰峰值檢測單元包括連接A信號輸出端的第一分壓電路7、連接B信號輸出端的第三分壓電路15以及分別連接分壓點(diǎn)P1和P3的OK電壓檢測比較電路1，OK電壓檢測比較電路1連接與門邏輯運(yùn)算單元3。

OK電壓檢測比較電路1也如圖5所示，包括OK電壓上限值比較器和OK電壓下限值比較器。

第一分壓電路7包括分壓電阻R1和下拉電阻R1’，分壓電阻R1一端連接A信號輸出端，另一端連接分壓點(diǎn)P1，下拉電阻R1’一端連接分壓點(diǎn)P1，另一端接地。第三分壓電路15包括分壓電阻R3和下拉電阻R3’，分壓電阻R3一端連接B信號輸出端，另一端連接分壓點(diǎn)P3，下拉電阻R3’一端連接分壓點(diǎn)P3，另一端接地。

OK信號相位檢測單元2包括相串接的sin²+cos²模擬乘法器4和比較電路，比較電路連接與門邏輯運(yùn)算單元3。比較電路包括OK上限值比較器5和OK下限值比較器6。

在編碼器信號質(zhì)量符合要求的時(shí)候OK信號為高電平，在編碼器信號異常的時(shí)候OK信號為低電平。