插值技术提高激光旋转编码器分辨率的研究

　　一.引言

　　光谱分析仪是光、机、电一体化光学测量仪器，随着光电技术研究及应用，仪器的波长准确度和读出分辨率是重要指标之一，此项指标如何提高是仪器设计的难点。本文介绍了我们在光谱分析仪闭环驱动高分辨率定位系统中，所采用的插值技术来提高激光旋转编码器分辨率的方案，以此来取得仪器较高波长准确度和读出分辨率及取得的结果。

　　二.工作原理

　　本方案采用一种正弦输出增量旋转编码器，在增量编码器中，由光源( 典型的如发光二极管) 把一束光照射到转盘上，转盘刻有等间隔的径向狭缝让光交替地通过和不通过。光束在到达探测器之前，还通过一有两个附加狭缝图形的相位板。这两个狭缝图形彼此稍微错开一点，以使两路光信号相位相差9 0 °，这两个通道信号的正交关系可用于判断编码器的转动方向( 根据哪个通道信号超前90°，哪个落后90°)。通过狭缝的光由两套探测器探测，　把光信号变成电信号。另外还有第三个通道每当光栅转动一周提供一个索引脉冲，以便确定光栅的绝对位置。

　　两个主要通道 A 和 B 的输出非常接近于正弦波，如图 2 所示

　　在 A 和 B 通道信号的每个零交叉点的记数位置都会产生变化，即增加或者减少一个记数，这取决于A、B 两通道的相对位置，该记数提供了光栅位置的准确信息。

　　本方案采用插值电路先对两路正交信号进行放大处理，再通过高速差分比较器进行变换，将比较器出来的与 T T L 电路兼容信号送至逻辑电路进行处理，得到经过细分整理的脉冲信号，从而实现了插值功能，提高了分辨率。

　　三.实现方法

　　组建如图 1 所示闭环系统，对编码器输出信号进行插值，插值电路工作过程如图 3 所示:

两路相位差9 0 °的正交信号 A与B(A 信号超前B 信号90°)，是正弦信号，在一个周期内伴随着 A 、B 信号产生一个索引信号C。A、B 信号首先经过放大电路部分，放大电　　路由双运放UPC842 来工作，如图4所示

　　信号 A 输入到第一个放大器的第一级与第二级，通过第二级运放的同向端经放大得到信号X ，相位不变。

　　信号 A 作为第一级放大器的输入加在反向端，经放大得到一个被反向的信号 Z

　　信号 B 加在另一个放大器的第一级与第二级的反向端，最终输出信号为 Y ，且相位没有变化。

　　这样由两路输入信号经放大电路处理得到三路信号分别为 X 、Y 、Z，相位关系为，X 超前Y90°,Y 超前 Z 9 0 °。此三路信号分配到十二路差分比较器中。　比较电路由高速差分比较器(过零)LM360 工作，下面以一个单元比较电路为例介绍工作过程.