单对磁极磁编码器的信号处理方法.pdf

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1、2012钲仪表技术与传感器2012第7期InstrumentTechniqueandSensorNo．7单对磁极磁编码器的信号处理方法曾一凡，李蕊(沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：针对单对磁极磁编码器产生的电信号，提出一种新颖的算术运算方法对其进行分析处理。由正交放置在圆柱状磁体下方的两个霍尔元件输出双路正交信号，采用现场可编程门阵列(FPGA)芯片作为核心器件，对调理后的数字量进行椭圆校正、辨向、算术运算和非线性校正来完成信号处理，并直接输出旋转角度值。设计并实现了具有高速、高分辨率和

2、高精度性能的单对磁极磁编码器。关键词：磁编码器；FPGA；算术运算；非线性校正中图分类号：TP212．13文献标识码：A文章编号：1002—1841(2012)07—0009—03MethodonSignalProcessinginSinglePair-poleMagneticEncoderZENGYi—fan，LIRui(CollegeofInformationScienceandEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abs

3、tract：Anovelmethodnamingarithmeticoperationswasproposedtoanalyzeandprocessthegeneratedvoltage—signalfromthesinglepair—polemagneticencoder．Dualorthogonalvoltage—signalsweregeneratedbytwoverticalhallsensorswhichwereplacedinthebottomofacolumnedmagnet．Whensignalco

4、nditioningcompleted，rotationalanglevaluewouldbedirectlydisplayedafterdeterminedthequadrant，performedarithmeticoperationsandnonlinearcorrectioninFPGAchip．Thispaperdesignedandimple—mentedthesinglepair—polemagneticencoderwithhigh-speed．high—resolutionandhigh—accu

5、racy．Keywords：magneticencoder；FPGA；arithmeticoperations；nonlinearcorrection0引言一对应的制作成数据表，实现了小型化，在一定程度上提高了磁编码器是近年来被广泛使用的新型数字式传感器装置，码盘的分辨率，但是算法中存在误差。为无接触位置传感的封闭式结构。它抗冲击，可靠性高，适应对于传统的单对磁极磁编码器的信号处理方法，分辨率及外界各种恶劣环境；结构简单紧凑，响应速度快，性价比高，精度受限，制作工艺复杂。为达到高速度高精度的编码要求，高速下仍能稳定

6、工作，在高精度测控领域，磁编码器的应用不提出一种新型的正交信号处理方案，对A／D转换后的数字量进断增加，在相关设备的位置检测、旋转角测量和传输速度控制行椭圆校正、辩向、算术运算和非线性校正来完成数据处理，与中应用广泛。FPGA联调得到了较为理想的实验结果，验证了算法的可行性，近年来，国内外对磁编码器信号处理的研究重点主要集中最终实现了分辨率16384p／r(脉冲／转)、精度0．022。／r的磁编在提高其分辨率和精度上。目前主要的信号处理方法有增量码器角度编码。式角度编码法。、绝对式角度编码法。J、反正切运算1信号处

7、理算法分析法、标定查表法等。增量式编码法-5]中，增量脉冲1．1信号源模型设计的准确计数根据零参考信号触发来设置零点。传统绝对式编根据文献[16]中的磁场分布理论，垂直于磁感线方向的磁码器。利用格雷码特性来实现绝对位置定位，工艺要求较通密度最大，因此选用一个径向充磁的圆柱状永磁体，并将两高，码盘码道过多，不易于编码器的小型化。在格雷码的基础个霍尔元件垂直放置于永磁体的下方作为信号源，模型如图1上，文献[6]提出了索引式和均布式绝对位置编码。文献[7]提所示，N—S磁体顺时针方向转动时将随旋转角度产生双路正出了绝对码

8、简码的方案，编码码盘图形简单，易于小型化，但是交信号，记为：在数据接收时需要配备狭缝盘，制作工艺复杂。文献[8]通过=UsinO(1)求解反正切函数来获得转子的绝对位置信息。文献[9]和文献Ub=cos0(2)[10]在求解反正切函数的基础上采用Cordic算法，通过多次迭代获得精确的转子角度位置信息。虽然原理简单，但运算复杂，用硬件实现起来需要大量时间。文