光柵、磁柵、光電編碼器、激光干涉儀等傳感器輸出增量碼信號(hào),信號(hào)變化的周期與被測(cè)位移成正比的信號(hào),其檢測(cè)系統(tǒng)如圖示:
傳感器輸出多為正弦波信號(hào),經(jīng)放大、整形后變成數(shù)字脈沖信號(hào),進(jìn)入計(jì)數(shù)器、計(jì)算機(jī),為提高分辨率,采取細(xì)分電路;
辮向電路辨別方向以便正確進(jìn)行加法或減法記數(shù);
脈沖信號(hào)所對(duì)應(yīng)的被測(cè)來年感不便于讀出和處理時(shí),需進(jìn)行脈沖當(dāng)量變換電路。
多路信號(hào)的細(xì)分與辨向
為提高增量碼儀器的分辨率,常將增量碼傳感器信號(hào)的每一周期再細(xì)分為若干區(qū)間,每個(gè)區(qū)間計(jì)一個(gè)數(shù),辨向電路用于辨別測(cè)量部件的運(yùn)動(dòng)方向。
下圖是采用光柵測(cè)量線位移的原理圖,其中,1,2分別為標(biāo)尺光柵和指示光柵,其柵距相同。當(dāng)將兩塊光柵靠近放置、并讓其刻線面平行、刻線方向相交成一個(gè)很小的夾角θ時(shí),在于光柵刻線垂直方向上可形成明暗交替的莫爾條紋,如圖a透過莫爾條紋的光通量φ的變化如圖b所示,當(dāng)標(biāo)尺光柵1相對(duì)于指示光柵2沿x方向移動(dòng)時(shí),莫爾條紋沿y方向移動(dòng)。如果沿y方向僅放置一個(gè)光電元件,則光柵尺每相對(duì)移過一個(gè)柵距w,輸出的光電信號(hào)變化一個(gè)周期;如果沿y方向在莫爾條紋寬度b的范圍內(nèi)等間距放置n個(gè)光電元件、、…、,則光柵尺相對(duì)移動(dòng)時(shí),各光電元件將輸出n個(gè)相位差依次為360o/n的光電信號(hào)。將這n個(gè)近似正弦波的光電信號(hào)整形成方波后,可利用其上升沿或下降沿發(fā)計(jì)數(shù)脈沖。光柵尺每相對(duì)移過一個(gè)柵距w,就可獲得n個(gè)等間隔的計(jì)數(shù)脈沖,從而實(shí)現(xiàn)n細(xì)分。(多路信號(hào)采集細(xì)分一般用于四細(xì)分)
電阻鏈移相細(xì)分與辨向
為了實(shí)現(xiàn)更高的細(xì)分?jǐn)?shù),可在多路信號(hào)采集細(xì)分的基礎(chǔ)上,利用細(xì)分電路對(duì)所獲得的信號(hào)進(jìn)一步細(xì)分。電阻鏈移相細(xì)分是其中的一種,其細(xì)分?jǐn)?shù)可達(dá)8 ~ 60。
下圖為電阻鏈移相細(xì)分的原理圖, 、分別是來自傳感器的相位差90°的正弦和余弦信號(hào),即
由式可見,輸入的正、余弦信號(hào)經(jīng)電阻鏈運(yùn)算電路進(jìn)行線性疊加后,得到一相位移為的輸出信號(hào)。改變 的比值,就可獲得不同相位的輸出信號(hào),相位移只能在0°~90°內(nèi)變化。為了得到0°~360°內(nèi)的移相信號(hào),可采用如下的電阻鏈移相電路
鎖相倍頻細(xì)分與辨向
鎖相倍頻細(xì)分原理圖如上所示。如果被測(cè)信號(hào)的變化頻率,通過鎖相倍頻電路使輸出信號(hào)的頻率為。若對(duì)輸出信號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù),則輸入信號(hào)每變化一個(gè)周期,在輸出端可計(jì)n個(gè)數(shù),從而實(shí)現(xiàn)n細(xì)分。
為了使輸出信號(hào) 跟蹤輸入信號(hào)的變化,并始終保持,電路中對(duì)采用了閉環(huán)控制。首先將n分頻,然后反饋回來與進(jìn)行比較。當(dāng)時(shí),輸入信號(hào)與反饋信號(hào)頻率相同,相位差為零,因而鑒相器的輸出 保持不變,使倍頻壓控振蕩器的振蕩頻率也保持不變。當(dāng)時(shí),輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的相位差發(fā)生變化,鑒相器的輸出也發(fā)生變化,并通過濾波器使加到振蕩器的電壓發(fā)生變化,振蕩頻率發(fā)生變化,直至重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為止。