基于TMS320X2812的高精度转角测量系统设计

2009-05-31 14:34:48来源: 国外电子元器件

      1 引言

  高精度旋转角测量广泛应用于精密加工、航空航天和军事等领域。测量角度和角位移的方法有:水准管式倾角仪,圆光栅以及电阻应变式、电感式、电容式、光电编码式、磁阻式等角位移传感器。目前,利用圆光栅方法实现的高精度轴转角测量系统以其结构简单,操作方便,测量精度高等特点而得到广泛应用。这里提出一种基于圆光栅的非接触式轴转角位移测量系统设计,并配合新一代DSP处理器TMS320X 2812进行数据处理及控制,使得角位移的测量系统具有结构简单,灵敏度高,功耗小,响应快,测量范围广,可智能化,不受电磁干扰等特点。

  2 系统结构及工作原理

  图 1给出基于TMS320X2812型DSP的旋转轴角位移测量系统基本结构。主要包括圆光栅、正交脉冲接口电路、DSP控制单元和显示单元等。圆光栅感测被测轴旋转角位移的变化,再将角位移变化转换为脉冲变化,经接口电路将圆光栅输出的正交脉冲传送到TMS320X2812型DSP的正交编码脉冲电路 (QEP)模块进行测量计算,可直接通过LCD数码显示测量结果,还可将测量数据与上位计算机通信,或通过DSP输出的控制信号来控制被测体的旋转角位移。

  2.1 圆光栅结构及工作原理

  图2给出典型的圆光栅。它是由光栅环(主光栅)和读数头(指示光栅)组成。光栅环与读数头相干涉形成莫尔条纹,光栅每移动1个栅距,莫尔条纹就移动1个条纹间隔;光栅改变运动方向,莫尔条纹也随之改变运动方向,二者具有对应的运动关系。通过测量莫尔条纹的位移可获取标尺光栅的位移量和移动方向。

  由于主光栅与读数光栅的夹角θ非常小,因此莫尔条纹方程为:

  B=ω/θ (1)

  式中:B为莫尔条纹间距;ω为光栅常数。

  由条纹移动数目N来计算光栅移动距离:

  S=Nω (2)

  假设光栅环的半径为r,则轴旋转的角度为:

  β=s/r=NBθ/r (3)

  这样就可通过计算输出脉冲通过算出转动角度。

  该系统采用雷尼绍20μm圆光栅和与之配套的RGH20X系列读数头进行设计。为了提高精度,读数头内部对光栅5细分(分辨率为4μm),输出的两条正交方波脉冲又对光栅进行4倍细分。RESR圆光栅刻线直接刻在圆环的外表上(栅距20μm),RGH20系列读数头具有雷尼绍的独一无二的光学滤波系统设计,可在有污染、划痕、指纹情况下读数,所有误差都可通过简单的精确调整获得补偿。

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关键字:旋转角测量  TMS320X2812  DSP  圆光栅

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2009/0531/article_649.html
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