Woher kommen Interpolationsfehler bei Sinus/Cosinus-Codescheiben? 4 Kennwerte der Signalqualität
DC-Offset, ungleiche Amplituden, eine Abweichung der Phasenverschiebung von 90° und harmonische Verzerrungen der Sinus/Cosinus-Signale erzeugen innerhalb jeder Signalperiode einen periodischen Interpolationsfehler. Der Artikel zeigt, wie sich die einzelnen Anteile abschätzen lassen, nennt die Einflussfaktoren auf Seiten der Codescheibe und erläutert die Signalprüfung mit der Lissajous-Figur.
2026-10-05 · Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.
Ein Sinus/Cosinus-Abtastkopf gibt zwei um 90° phasenverschobene Signale aus; die Interpolationsschaltung berechnet daraus die Phase und unterteilt eine Signalperiode in Hunderte bis Tausende Schritte. Im Idealfall haben beide Signale gleiche Amplituden, keinen DC-Offset, stehen exakt orthogonal zueinander und sind rein sinusförmig. Jede Abweichung davon erzeugt innerhalb jeder Signalperiode einen periodischen Interpolationsfehler.
1. Vier Kennwerte und die daraus entstehenden Fehler
| Kennwert | Häufigkeit des Fehlers pro Signalperiode | Fehleramplitude (bei kleinen Abweichungen, elektrischer Winkel) |
|---|---|---|
| DC-Offset (relative Amplitude ε) | 1-mal | ca. ε rad |
| Ungleiche Amplituden (relative Differenz δ) | 2-mal | ca. δ/2 rad |
| Phasenabweichung von 90° (φ) | 2-mal | ca. φ/2 rad |
| Dritte Harmonische | 4-mal | Steigt mit dem Oberwellenanteil |
2. Rechenbeispiel: Codescheibe mit 2048 Strichen
Bei 2048 Strichen beträgt eine Signalperiode 360° ÷ 2048 ≈ 632,8″. 1 rad elektrischer Winkel entspricht 632,8″ ÷ 2π ≈ 100,7″:
- DC-Offset 1%: Fehler ca. 0,01 rad, d. h. ca. 1,0″
- Amplitudendifferenz 2%: Fehler ca. 0,01 rad, d. h. ca. 1,0″
- Phasenabweichung 1° (ca. 0,0175 rad): Fehler ca. 0,0087 rad, d. h. ca. 0,9″
Je höher der Interpolationsfaktor, desto stärker treten diese Fehler hervor. Viele Interpolationschips verfügen über eine automatische Verstärkungs- und Offsetkorrektur, die die ersten beiden Anteile verringert; die Grundlage bleibt jedoch die Musterqualität der Codescheibe selbst.
3. Einflussfaktoren auf Seiten der Codescheibe
- Tastverhältnis und Kantenqualität der Striche: bestimmen, wie nahe die Signalform einer Sinuskurve kommt; beeinflussen den Oberwellenanteil
- Gleichmäßigkeit der Teilungsperiode: beeinflusst den Teilungsfehler über den gesamten Umfang
- Optische Dichte bzw. Reflexionsgradkontrast: bestimmt Signalamplitude und Signal-Rausch-Verhältnis, siehe Kontrast zwischen hohem und niedrigem Reflexionsgrad bei Auflicht-Codescheiben
- Exzentrizität: verursacht einen Winkelfehler mit einer Periode pro Umdrehung und lässt außerdem die Signalamplitude mit dem Drehwinkel schwanken
- Spalt und Verkippung zwischen Codescheibe und Abtastkopf: beeinflussen die Amplitude und die Übereinstimmung der beiden Signale
4. Signalprüfung mit der Lissajous-Figur
Legen Sie die Signale sin und cos an ein Oszilloskop im XY-Modus an und drehen Sie die Codescheibe: Ein ideales Signal ergibt einen exakten Kreis. Liegt der Kreismittelpunkt nicht im Ursprung, liegt ein DC-Offset vor; eine horizontal oder vertikal gestreckte Ellipse zeigt ungleiche Amplituden; eine geneigte Ellipse zeigt eine Abweichung der Phasenverschiebung von 90°; ein vieleckiger Kreisumfang weist auf größere Oberwellenanteile hin. Bei der Abnahme können Amplitude, Offset, Phasendifferenz und Oberwellenanteil protokolliert werden.
Bitte geben Sie in der Anfrage die Anzahl der Signalperioden, den Typ des Abtastkopfs bzw. Interpolationschips sowie die Anforderungen an Tastverhältnis und Kantenqualität an.
Dieser Artikel wurde von der Technikabteilung der Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. erstellt. Jingzheng Optoelectronics fertigt Glas-Codescheiben, reflektierende Metall-Codescheiben, PC-Codescheiben und kundenspezifische Codescheiben. Website www.encoderdisk.cn, Telefon 0316-8933331.