测控电路第七章信号细分与辨向电路.pptVIP

第七章 信号细分与辨向电路 计量测试工程学院 朱维斌 7.1 直传式细分 一、四细分辨向电路 二、电阻链分相细分 * 中国计量学院 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。 信号的共同特点： 信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。 电路细分原因： 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电路。 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。 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。 细分电路 直传式细分 平衡补偿式细分：带反馈，可实现高细分数。 xi x1 xo K1 K2 Km ?x2 x2 ?x1 K1、K2、‥ ‥Km为各个环节的灵敏度 中间环节可能是波形变换电路、比较器或D/A等等。 ∴总的灵敏度：Ks=K1K2¨¨Km 直传式系统抗干扰能力差，精度低于平衡补偿式，但是速度快，简单。 越靠近输入端，越要做的精细。 要求：输入两路具有90°相位差的方波信号。 A B 细分的原理：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：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。 原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。 DG3 R1 A 1 DG1 C1 A? VI Vo1 Vo2 Vo 典型的积分式单稳触发器 稳态 暂态 A在上边沿的时候，进入暂态，触发一个在脉冲A? 稳定时：VI=0，Vo1=1，Vo2=1，Vo=0 上升沿来：VI=1，Vo1=0，Vo2=1，Vo=1 电容C1开始通过电阻R1放电，当电阻两端下降到VTH时，Vo=0，退出暂态。 阈值电平 正向运动 单稳四细分辨向电路 第1个过程： A上升沿的时候，A′产生一个窄脉冲。 B=0，B=1，DG10、DG5为与或非门。Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。 A下降沿的时候，A′产生一个窄脉冲。同样， Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。 B上升沿的时候，B′产生一个窄脉冲。同样， Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。 B下降沿的时候，B′产生一个窄脉冲。同样， Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。 A′ B′ ∴Uo1在正向运动时，插入了四个为零的计数脉冲，Uo2一直为高电平。 反向运动 反之：反向运动时，B在A的前面，这时在Uo2中输入了四个为零的计数脉冲，Uo1无输出，一直为高电平 ∴DG5 ——Uo1 DG10——Uo2 哪一个输出关系着辨向 根据上述原理，已制成集成电路C5194、C5191 图为一单稳辨向电路，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。 B DG5 DG1 A C A? R Uo1 Uo2 1 DG4 1 DG2 DG3 可见，当A导前B 90?时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A 90?时，Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。 要求信号为一对正余弦信号。 一、工作原理 在电阻链两端施加相位差90°，频率相同的相位信号，由于两信号的叠加作用，在电阻链各接点上，可得幅值和相位都不相同的电信号，这些信号经整形、脉冲形成后，就能获得若干个计数脉冲。 图7-5 电阻链分相细分 a) 原理图 b) 矢量图 根据叠加原理： uo的幅值： uo的相位： 相关 ~ uom~ 相关 所以改变R1、R2比值，就能改变φ、uom，uo是沿u1、u2直线运动， φ=45°时，uom有最小值。 这里讲的的是0°~90°第一象限的情况。 同理： cosωt -sinωt -sinωt -cosωt -cosωt sinωt Esinωt Ecosωt -Esinωt -Ecosωt 0°~90°移相 90°~180°移相 180°~270°移相 270°~360°移相 相关 ~ 每一个臂上都是电位器，可以用来调整相位。 电阻并联桥，在四个象限内依次有一个相位差的若干输出电压。 例：若采用这种移相桥实现12细分，所有