光栅、磁栅、光电编码器、激光干涉仪等传感器输出增量码信号,信号变化的周期与被测位移成正比的信号,其检测系统如图示:
传感器输出多为正弦波信号,经放大、整形后变成数字脉冲信号,进入计数器、计算机,为提高分辨率,采取细分电路;
辫向电路辨别方向以便正确进行加法或减法记数;
脉冲信号所对应的被测来年感不便于读出和处理时,需进行脉冲当量变换电路。
多路信号的细分与辨向
为提高增量码仪器的分辨率,常将增量码传感器信号的每一周期再细分为若干区间,每个区间计一个数,辨向电路用于辨别测量部件的运动方向。
下图是采用光栅测量线位移的原理图,其中,1,2分别为标尺光栅和指示光栅,其栅距相同。当将两块光栅靠近放置、并让其刻线面平行、刻线方向相交成一个很小的夹角θ时,在于光栅刻线垂直方向上可形成明暗交替的莫尔条纹,如图a透过莫尔条纹的光通量Φ的变化如图b所示,当标尺光栅1相对于指示光栅2沿x方向移动时,莫尔条纹沿y方向移动。如果沿y方向仅放置一个光电元件,则光栅尺每相对移过一个栅距W,输出的光电信号变化一个周期;如果沿y方向在莫尔条纹宽度B的范围内等间距放置n个光电元件、、…、,则光栅尺相对移动时,各光电元件将输出n个相位差依次为360o/n的光电信号。将这n个近似正弦波的光电信号整形成方波后,可利用其上升沿或下降沿发计数脉冲。光栅尺每相对移过一个栅距W,就可获得n个等间隔的计数脉冲,从而实现n细分。(多路信号采集细分一般用于四细分)
电阻链移相细分与辨向
为了实现更高的细分数,可在多路信号采集细分的基础上,利用细分电路对所获得的信号进一步细分。电阻链移相细分是其中的一种,其细分数可达8 ~ 60。
下图为电阻链移相细分的原理图, 、分别是来自传感器的相位差90°的正弦和余弦信号,即
由式可见,输入的正、余弦信号经电阻链运算电路进行线性叠加后,得到一相位移为的输出信号。改变 的比值,就可获得不同相位的输出信号,相位移只能在0°~90°内变化。为了得到0°~360°内的移相信号,可采用如下的电阻链移相电路
锁相倍频细分与辨向
锁相倍频细分原理图如上所示。如果被测信号的变化频率,通过锁相倍频电路使输出信号的频率为。若对输出信号的周期进行计数,则输入信号每变化一个周期,在输出端可计n个数,从而实现n细分。
为了使输出信号 跟踪输入信号的变化,并始终保持,电路中对采用了闭环控制。首先将n分频,然后反馈回来与进行比较。当时,输入信号与反馈信号频率相同,相位差为零,因而鉴相器的输出 保持不变,使倍频压控振荡器的振荡频率也保持不变。当时,输入信号与反馈信号的相位差发生变化,鉴相器的输出也发生变化,并通过滤波器使加到振荡器的电压发生变化,振荡频率发生变化,直至重新达到稳定状态为止。
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