[发明专利]一种利用光脉冲序列实现单根传输的光纤绝对式编码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝对式编码器，尤其涉及一种本地无电子器件、不受电磁干扰、利用光脉冲序列实现单根光纤远程传输的绝对式编码器，可应用于基于位移、角度测量的传感领域，尤其是测量地点属于易燃易爆、电磁干扰强烈等不适宜电子器件应用的特殊领域。

背景技术

编码器作为位移、角度测量的高精度计量工具，已普遍应用在雷达、光电经纬仪、指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域。编码器主要分为增量式和绝对式两种，绝对式编码器同增量式相比,具有固定的零点,输出代码是轴角的单值函数,抗干扰能力强，断电后再启动无须重新标定,能随时检测绝对位置,无累积误差等优点,因此得到了更为广泛的应用。

常规的编码器在测头部分均含有电子器件，在易燃易爆、电磁干扰强烈的某些特殊领域应用具有危险性。在先专利92207264.7和200810042460.5提供了一种利用光纤远程传输光信号的方法实现增量式编码器测头部分无电子器件的方法：使用一根光纤将光源发出的光信号远程传输到编码器内部的编码光栅，使用另一根或多根光纤将编码后的光信号再远程传输到探测器。然而该方法在应用到绝对式编码器时，由于绝对式编码器具有很多码道，所以就需要多根光纤进行传输，大大增加了系统的复杂程度。

发明内容

发明所要解决的技术问题是提供一种用单根光纤传输多个码道信息的光纤绝对式编码器，以实现在测量现场无需低能供应，不发射电磁波，不受电磁干扰，不会产生短路、漏电、发热等现象，且能实现单根光纤传输多位编码信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明一种利用光脉冲序列实现单根传输的光纤绝对式编码器，包括终端、输入光纤、输出光纤和测头，其特征在于：所述终端和测头之间由输入光纤和输出光纤连接；所述测头由光纤分光器、绝对式编码光栅、传动机构、光纤延迟线组和光纤合光器组成，光纤分光器一端连接输入光纤，另一端分别对应绝对式编码光栅的各个码道的一侧，绝对式编码光栅的各个码道的另一侧对应光纤延迟线组的各路延迟线圈，光纤合光器一端连接延迟线圈，另一端连接输出光纤，传动机构连接绝对式编码光栅。

本发明的工作机理如下：

测头在易燃易爆、高电磁辐射等特殊地点工作，终端放置在远离现场的安全区域，两者时间通过输入光纤和输出光纤远程连接。

终端内的脉冲光源通过输入光纤向测头发射光脉冲，在测头内部该光脉冲通过光纤分光器后分为多个光脉冲，分别对应绝对式编码光栅的各个码道。每个码道是否通光与绝对式编码光栅所处的位置有关，当多个光脉冲通过绝对式编码光栅后，有的光脉冲能够通过，有的被隔断，即完成了光脉冲信号的编码过程。编码后的光脉冲通过光纤延迟线组时，依次获得了不同的时间延迟，再通过光纤合光器合并在一起后，就形成了一串经过编码的光脉冲序列，该脉冲序列为串行传输，可在单根光纤内传输，最终由输出光纤远程传输到终端。在终端内，该光脉冲序列经过光电探测器后转换为电脉冲序列，经过信号处理模块后转换为和绝对式编码光栅位置一一对应的数字编码，最终经由采集及控制模块形成信号输出。

传动机构把外界需要测量的位移或角度等物理量转换为绝对式编码光栅的位置变化，继而转换为和光脉冲序列一一对应的数字编码。

本发明的有益效果是，测头不含电子器件，本质安全，在测量现场无需低能供应，不发射电磁波，不受电磁干扰，不会产生短路、漏电、发热等现象，尤其适用于易燃易爆、电磁干扰强烈等不适宜电子器件应用的特殊领域；单根光纤传输多位编码信息，通过光脉冲序列的方法实现了绝对式编码器中多位编码信息的串行传输，节省了传输光纤数目，尤其在多个绝对式编码器组网使用的情况下，大大简化了网络结构。

附图说明

图1是本发明一种利用光脉冲序列实现单根传输的光纤绝对式编码器的系统简图；

图2是本发明一种利用光脉冲序列实现单根传输的光纤绝对式编码器中测头的结构示意图；

图3是本发明一种利用光脉冲序列实现单根传输的光纤绝对式编码器中终端的结构示意图，其中实体箭头为光路方向，中空箭头为电路方向；

图4是本发明一种利用光脉冲序列实现单根传输的光纤绝对式编码器实施例中的信号时序示意图。

图中示出标记及对应的部件名称：1.终端，2.测头，3.输入光纤，4.输出光纤，11.脉冲光源，12.光电探测器，13.信号处理模块，14.采集及控制模块，15.电源，21.传动机构，22.绝对式编码光栅，23.光纤延迟线组，24.光纤分光器，25.光纤合光器。

实施例