4电子测角1.ppt

几何量电子传感测量 武汉大学测绘学院测量工程研究所 叶晓明 电子测角 电子度盘工作原理 机械伺服系统的原理误差 度盘均匀分划的实现原理 电子度盘 电子度盘是指实现角度电子测量的角度传感器。 多码道编码度盘 4个电刷 格雷码盘，其各码道的数码不同时改变，任何两个相邻数码间只有一位是变化的，每次只切换一位数，把误差控制在最小范围内。 自然二进制码转换成二进制格雷码，其法则是保留自然二进制码的最高位作为格雷码的最高位，而次高位格雷码为二进制码的高位与次高位相异或，而格雷码其余各位与次高位的求法相类似。 单码道编码度盘 在测绘仪器中，使用多码道度盘的只有最早期的TC1，现代全站仪都不再采用。 特点是只有一个码道，码道上采用黑白进行二进制编码。 这样，当照准方向确定后，方向的投影落在度盘的某一区域上，即该方向与某一二进制码相对应。 通过发光二极管和接收光电器件，将度盘上的二进制码信息转换成电信号，再通过解码即得到对应角值。 测量原理除了对编码进行译码外，还要进行码元相位信息的测量，从而使得测量精度达到秒级。 单码道编码度盘 单码道编码度盘 通过光电探测器获取特定度盘位置的编码信息，并由微处理器译码，最后换算成实际角度值。如图4-2所示。 单码道编码度盘 CCD输出的视频模拟电压经过A/D转换送微处理器系统后，微处理器对所截获的条码片段与所有可能的条码进行相关运算，以最大相关度的结果作为粗测结果，这样条码片段所代表的粗测角度就已经获得。 由于码元边沿在CCD像轴上的坐标分布在粗测时就已经获得，精测值则由电子中丝与每一个码元边沿的相位关系求出其最或然值。 这样将粗测值和精测值进行衔接即得到角度测量结果。 单码道编码度盘 由于精测过程是多个条码的边沿信息来参与解算，个别条纹的刻画误差对最终精测结果的影响远不如普通光学经纬仪度盘的刻画误差影响大，在度盘具有同样的刻画精度的前提下，电子条码度盘可以获得更高的测角精度。 光栅度盘 光栅是指均匀刻有间隔很小栅线的光学玻璃。若栅线刻在度盘上就构成了光栅度盘。在电子经纬仪的光栅度盘上刻的都是辐射状的直线，辐射中心通常与度盘的圆心重合，故也叫中心辐射光栅度盘。 度盘的光栅条纹数一般为21600条刻线，每一条纹间距对应角度为1′，也有10800条刻线的，一条纹间距对应角度为2′等。实现角度测量的技术过程就是对光栅条纹数的计数和不足一个条纹的宽度的测微(细分)的过程。由于测角过程由电子计数器跟踪累计测量实现，故这种测角方法也叫增量式测角方法。 光栅度盘 光栅度盘 相位光栅 也是一种利用主副光栅栅线的相位差产生波动光强信号的光栅原理。 其主副光栅的栅线完全平行，但副栅被分为四个不同相位的区域。 四个区域的栅线相位按90度(以一个栅距为一个周期)递增进行刻划，这样主副光栅重叠后四个区域的光强也就按90度的相位差随主栅移动而变化。如图4-5。 相位光栅是目前普遍使用的。 光栅度盘 光栅度盘 读数系统是光电传感器系统，其将光栅度盘的移动量所导致的光强波动转换成电信息。需要顾及的几个技术要键是： 1) 采用角度测微技术提高测角精度； 2) 进行正确计数方向判别，实现可逆数； 3) 光电转换电路的漂移的有效克服。 读数系统也多采用发光二极管和光电二极管进行光电探测，在光栅度盘的一侧安置一发光二极管，而在另一侧正对位置安放光电接收二极管。 光栅度盘 当两光栅度盘相对移动时，就会出现光强的明暗波动，被四路相位相差90度的光电二极管接收，经运算放大产生二路相位差为90度的正弦信号，并通过整形电路转换成矩形信号。 由可逆计数器根据二路信号的相位关系对得到信号的周期数进行加法或减法计数，完成了角度粗测。计数器的二进制信号通过总线输出至微处理器。 同时二路相位差为90度的正弦信号直接送至A/D转换器实现角度测微。 读数系统稳定性 光电子器件对光信号的敏感的同时，对热也相对比较敏感。 所以克服光电转换电路因温度所造成的直流漂移也是必须重点考虑的问题。 因为直流漂移不仅能造成测微的错误，甚至还能造成计数器失步，给仪器整机的稳定性造成严重影响。 读数系统稳定性 通常的技术办法是 使用同一制作工艺下的固定在同一基板上的四个光电二极管，以保证四个光电二极管具有平衡的热敏感性能。 每个光电二极管对应区域为相位差递加90度。 通过差分放大器组合获得二路相差90度的被测信号和直流参考信号，以共模抑制的原理来压制因温度所造成的直流漂移。 并用直流参考信号反馈回发光驱动电路以稳定光源的发光强弱。 这就是为什么要使用四路信号运算组合出二路信号而不直接使用二路相位差为90度信号的道理。 角度的电子测微技术 由于受到度盘直径、度盘刻制技术等因素所限制，度盘上目前还不可能刻划到那么密集，所以直接计数测定光栅条数获取角值的精度是很低的。计