Откуда берется погрешность интерполяции синусно-косинусного кодового диска? 4 показателя качества сигнала
Постоянное смещение, неравенство амплитуд, отклонение сдвига фаз от 90° и гармонические искажения синусно-косинусных сигналов вызывают периодическую погрешность интерполяции в каждом периоде сигнала. В статье приведены методы оценки каждой составляющей, факторы со стороны кодового диска и способ проверки сигналов по фигуре Лиссажу.
2026-10-05 · Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.
Синусно-косинусная считывающая головка выдает два сигнала со сдвигом фаз 90°; схема интерполяции вычисляет по ним фазу и делит один период сигнала на сотни и тысячи частей. У идеальных сигналов амплитуды двух каналов равны, постоянное смещение отсутствует, сдвиг фаз составляет ровно 90°, а форма сигнала — чистая синусоида. Отклонение по любому из этих пунктов вызывает периодическую погрешность интерполяции в каждом периоде сигнала.
1. Четыре показателя и вызываемые ими погрешности
| Показатель | Число повторений погрешности за один период сигнала | Амплитуда погрешности (при малых отклонениях, электрический угол) |
|---|---|---|
| Постоянное смещение (относительная величина ε) | 1 раз | около ε rad |
| Неравенство амплитуд (относительная разница δ) | 2 раза | около δ/2 rad |
| Отклонение сдвига фаз от 90° (φ) | 2 раза | около φ/2 rad |
| Третья гармоника | 4 раза | Растет с увеличением содержания гармоники |
2. Пример расчета: диск с 2048 штрихами
При 2048 штрихах один период сигнала составляет 360° ÷ 2048 ≈ 632,8″. Электрический угол 1 rad соответствует 632,8″ ÷ 2π ≈ 100,7″:
- Постоянное смещение 1%: погрешность около 0,01 rad, т. е. около 1,0″
- Разница амплитуд 2%: погрешность около 0,01 rad, т. е. около 1,0″
- Отклонение фазы на 1° (около 0,0175 rad): погрешность около 0,0087 rad, т. е. около 0,9″
Чем выше коэффициент интерполяции, тем заметнее эти погрешности. Многие микросхемы интерполяции имеют автоматическую регулировку усиления и коррекцию смещения, что позволяет уменьшить первые две составляющие, однако основой по-прежнему остается качество рисунка самого кодового диска.
3. Факторы со стороны кодового диска
- Коэффициент заполнения и качество краев штрихов: определяют, насколько форма сигнала близка к синусоиде, и влияют на гармоники
- Равномерность шага растра: влияет на погрешность деления по всему обороту
- Оптическая плотность или контраст коэффициентов отражения: определяют амплитуду сигнала и отношение сигнал/шум, см. статью «Контраст высокого и низкого коэффициентов отражения отражательного кодового диска»
- Эксцентриситет: вызывает угловую погрешность с периодом в один оборот, а также колебания амплитуды сигнала в зависимости от угла поворота
- Зазор и наклон между диском и считывающей головкой: влияют на амплитуду и согласованность двух сигналов
4. Проверка сигналов по фигуре Лиссажу
Подайте сигналы sin и cos на осциллограф в режиме XY и поверните диск: идеальные сигналы дают правильную окружность. Смещение центра окружности относительно начала координат указывает на постоянное смещение; горизонтальный или вертикальный эллипс — на неравенство амплитуд; наклонный эллипс — на отклонение сдвига фаз от 90°; многоугольная форма окружности — на значительные гармоники. При приемке можно фиксировать амплитуду, смещение, разность фаз и содержание гармоник.
В запросе цены укажите число периодов сигнала, модель считывающей головки или микросхемы интерполяции, а также требования к коэффициенту заполнения и качеству краев штрихов.
Статья подготовлена инженерным отделом Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Jingzheng Optoelectronics производит стеклянные кодовые диски, металлические отражательные кодовые диски, кодовые диски из PC и кодовые диски по чертежу заказчика. Сайт: www.encoderdisk.cn; телефон: 0316-8933331.