帧重叠编码方法及其在行程传感液压缸磁性标尺中的应用研究

　　1　引　　言

　　齿条位移测量装置是位移测量装置的一种,其基本原理是利用钢质齿条的磁性标尺作用,与其它位移测量方式相比,最大的优点是:(1)测量结果准确,测量精度与齿条长度无关,不出现累计误差;(2)对齿条长度无限制。将其应用于液压缸活塞的行程测量,就形成了一种新型行程传感液压缸。这种液压缸的活塞杆经过特殊加工,在钢质材料上加工有平头齿槽[1～4],如图　　1所示,然后覆盖陶瓷涂层。在平头齿槽附近建立起磁场,在液压缸运行的时候就可以使用磁敏感元件测量出平头齿槽附近的磁场变化,从而得出液压缸的行程值。标尺槽附近的磁场变化是准正弦信号。

　　由于标尺槽是周期变化的,需要解决测量校正的问题,这个问题包括两个方面:信号处理电路每次系统上电启动时的校正和运行中的校正。如不能很好地解决这个问题,很容易使整个测量过程失败。所以,提出了磁性标尺的数字编码,以解决此问题。磁性标尺数字编码是使用两种不同深度的标尺槽,分别看成0和1而形成的。

　　2　编码方法的研究

　　目前,齿条标尺一般使用等间距绝对行程标志,是指每隔一定的长度制作一个标志,例如每10个槽中的最后一个是与另外9个的深度不同的,可以是9个浅槽1个深槽,也可以是1个浅槽9个深槽。这种方法编码简单,实现容易,但也存在严重不足。使用这种绝对行程标志的液压缸在断电的情况下,其标尺的移动距离不能大于一个标志周期。为了克服此缺点,引入数字编码。

　　在计算机串行异步传送中[5],是以帧为单位一个一个地发送和接收的。串行传送的数据字加上起始位、奇偶校验位和停止位就形成一个字符串行传送的帧,可以仿串行通讯帧形式制作数字编码。对于齿条标尺来说,在运行过程中,并无法知道那一个0是正确的起始位,只能把每一个0都作为起始位,然后检验后面一帧长度的二进制数据是否符合帧格式,即是否符合奇　　偶校验位和停止位的条件。数据列中也有许多不是起始位的0,当把它看作起始位时,后面一帧长度的二进制数据符合奇偶校验位和停止位的条件,这样就造成了帧干涉。为了避免帧干涉,需要调整各帧的顺序,无法消除帧干涉的帧需要去除。

　　上述两种编码方法,都有一个缺点,就是必须运行完一帧的长度才能进行校正。为此,提出了帧重叠编码方法。这种方法是,不使用起始位、停止位和奇偶校验位,二进制形成的各帧之间错开一位,重叠排列。这样,不仅以任何一位作为起始位,到达一帧的长度时都可以读出一个绝对编码值,而且,每走一步,都可以读出一个编码值。以长度为3的二进制编码为例,各帧为: