第7章 信号细分与分辨电路.ppt

第7章 信号细分与辨向电路 ■ 信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值，提高仪器分辨力。 第7章 信号细分与辨向电路 ■ 细分的基本原理： 根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。 第7章 信号细分与辨向电路 ■ 为什么要辨向： 由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动，在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向 的问题。 7.1 直传式细分电路 7.1 直传式细分电路 ■ 缺点：抗干扰能力较差，其精度低于平衡补偿系统。 ■ 优点：没有反馈比较过程，电路结构简单、响应速 度快，有着广泛的应用。 7.1.1 四细分辨向电路 ■ 输入信号：相位差90?的两路方波信号。 ■ 细分原理：基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。 ■ 辨向原理：根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据。 7.1.1.2 HCTL-20XX系列四细分辨向电路 ■ 输入信号：相位差90?的两路正余弦(正交)模拟信号。 细分与辨向：由硬件电路完成；计数、处理和显示：由微机完成；缓冲计数器：提高系统的响应速度，最高速度为： 将光栅一个栅距W内的信号转化为计时的方法实现细分。 两路正交输入信号u1=Asin? 和u2=Acos?，一方面经比较器变为方波，再经辨向计数电路实现信号周期的计数；另一方面经A/D将模拟量变为数字量，由接口电路进行微机细分。 ■ 优点：利用计算机来判别卦限和查表实现细分，相对来 说减少了计算机运算时间，若直接算反函数arctan(u1/u2) 或arccot(u2/u1)，要花费更多的时间；通过修改程序和正 切表，很容易实现高的细分数。 ■ 缺点：这种细分方法由于还需要进行软件查表，细分速 度慢，主要用于输入信号频率不高或静态测量中。 两路正交输入信号u1=Asin? 和u2=Acos? 分别送入两个A/D 转换器，将模拟信号转换为二进制数字信号X 和Y，数值在0~255之间变化，其中“128”对应模拟输入信号的“0”电平。X和Y与角度 对应关系如下，由此可求出 。 ■ 用途：广泛应用于标尺节距大的感应同步器、容栅、磁栅、光栅等传感器的后续仪器中。 ■ 特点：细分数高、分辨力高、精度高，但速度低(带负反馈的闭环系统)。 鉴相电路要做三方面的工作： （1）确定偏差信号?j-?d是否超过门槛； （2）确定输出Ux与偏差信号?j-?d相对应的方波脉宽信号； （3）确定?j与?d的导前、滞后关系，以确定滑尺移动方向。 动态测量时(指在部件移动过程中就要读出它的位移)，为使测量速度引起的误差不超过一个细分脉冲当量，就要求在一个载波周期内相位角的变化不超过一个细分脉冲当量，即 ■ 跟踪误差：锁相倍频器对输入信号的频率稳定性要求相 当高，它能够对输入信号相位变化进行跟踪，但它是一个 有差系统，当fi发生变化后，为使fo/n能跟踪fi的变化，必 须要求压控振荡器的控制电压Uc发生变化，也就是说fi与 fo/n之间存在不同的相位差，这就是跟踪误差。 * 图7-36为一单稳辨向电路，输入信号A、B为相位差 90?的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B 90?、 B导前A 90?的情况，画出A?、Uo1、Uo2的波形。 参照图7-6电阻链五倍频细分电路的原理，设计一电阻链二倍频细分电路。 第7章 信号细分与辨向电路 7.2.1 相位跟踪细分 7.2.1.4 测量速度 (m/min) 静态测量时(指移动部件停止运动后才读数)，也要限制测量速度。 (m/min) 7.2.2 幅值跟踪细分 7.2.2.1 原理 鉴别幅值，实现细分辨向。用于鉴幅型感应同步器。 感应 同步器 放大滤 波电路 e 鉴幅辨向电路 控制 电路 ?j ?d 函数 发生器 切换 计数器 显示 电路 函数发生器提供两路同频率、同相位、不同幅值的调幅电压：us=(Umsin?d)cosωt 和 uc=(Umcos?d)cosωt ，接在感应同步器的滑尺上，则在定尺上产生的感应电势为： 7.2.2 幅值跟踪细分原理 当?j =?d时，e=0，系统平衡(感应同步器为比较器)； 当?j ≠?d时，e≠0，放大滤波后若 门槛，鉴幅辨向 电