Skąd bierze się błąd interpolacji tarczy enkodera sinus/cosinus? 4 wskaźniki jakości sygnału
Offset DC, nierówne amplitudy, odchylenie fazy od 90° i zniekształcenia harmoniczne sygnałów sinus/cosinus powodują okresowy błąd interpolacji w każdym okresie sygnału. Artykuł przedstawia sposób szacowania każdego z nich, czynniki po stronie tarczy enkodera oraz metodę sprawdzania sygnałów za pomocą figury Lissajous.
2026-10-05 · Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.
Głowica odczytowa sinus/cosinus generuje dwa sygnały przesunięte w fazie o 90°; układ interpolacji oblicza na ich podstawie fazę i dzieli jeden okres sygnału na setki lub tysiące części. W sygnale idealnym oba kanały mają równe amplitudy, nie występuje offset DC, sygnały są dokładnie w kwadraturze, a przebieg jest czysto sinusoidalny. Każde odstępstwo od któregokolwiek z tych warunków powoduje okresowy błąd interpolacji w każdym okresie sygnału.
1. Cztery wskaźniki i powodowane przez nie błędy
| Wskaźnik | Liczba powtórzeń błędu w jednym okresie sygnału | Amplituda błędu (przy małych odchyleniach, kąt elektryczny) |
|---|---|---|
| Offset DC (względem amplitudy, ε) | 1 raz | ok. ε rad |
| Nierówne amplitudy (różnica względna δ) | 2 razy | ok. δ/2 rad |
| Odchylenie fazy od 90° (φ) | 2 razy | ok. φ/2 rad |
| Trzecia harmoniczna | 4 razy | Rośnie wraz z zawartością harmonicznej |
2. Przykład obliczeniowy: tarcza enkodera o 2048 kreskach
Przy 2048 kreskach jeden okres sygnału wynosi 360° ÷ 2048 ≈ 632,8″. Kąt elektryczny 1 rad odpowiada 632,8″ ÷ 2π ≈ 100,7″:
- Offset DC 1%: błąd ok. 0,01 rad, czyli ok. 1,0″
- Różnica amplitud 2%: błąd ok. 0,01 rad, czyli ok. 1,0″
- Odchylenie fazy o 1° (ok. 0,0175 rad): błąd ok. 0,0087 rad, czyli ok. 0,9″
Im wyższy współczynnik interpolacji, tym wyraźniejsze są te błędy. Wiele układów scalonych interpolatorów ma automatyczną korekcję wzmocnienia i offsetu, która ogranicza dwa pierwsze błędy, jednak podstawą pozostaje jakość wzoru samej tarczy enkodera.
3. Czynniki po stronie tarczy enkodera
- Współczynnik wypełnienia i jakość krawędzi kresek: decydują o tym, jak bardzo przebieg zbliża się do sinusoidy, i wpływają na harmoniczne
- Równomierność podziałki: wpływa na błąd podziałki na całym obwodzie
- Gęstość optyczna lub kontrast współczynnika odbicia: decydują o amplitudzie sygnału i stosunku sygnału do szumu; zob. kontrast między wysokim i niskim współczynnikiem odbicia tarczy refleksyjnej
- Mimośrodowość: powoduje błąd kątowy o okresie jednego obrotu, a także wahania amplitudy sygnału w zależności od kąta obrotu
- Szczelina i pochylenie między tarczą a głowicą odczytową: wpływają na amplitudę i zgodność obu sygnałów
4. Sprawdzanie sygnałów za pomocą figury Lissajous
Sygnały sin i cos podaje się na oscyloskop w trybie XY i obraca tarczę: sygnał idealny daje dokładny okrąg. Przesunięcie środka okręgu względem początku układu współrzędnych oznacza offset DC; elipsa wydłużona w poziomie lub w pionie – nierówne amplitudy; elipsa pochylona – odchylenie fazy od 90°; obwód w kształcie wielokąta – znaczne harmoniczne. Przy odbiorze można zarejestrować amplitudę, offset, różnicę faz i zawartość harmonicznych.
W zapytaniu ofertowym należy podać liczbę okresów sygnału, model głowicy odczytowej lub układu scalonego interpolatora oraz wymagania dotyczące współczynnika wypełnienia i jakości krawędzi.
Artykuł opracował dział inżynieryjny Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Jingzheng Optoelectronics produkuje szklane tarcze enkodera, metalowe tarcze enkodera refleksyjne, tarcze enkodera z PC oraz tarcze enkodera na zamówienie. Strona internetowa: www.encoderdisk.cn; telefon: 0316-8933331.