测控电路第7章信号细分与辨向电路

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1、测量与控制电路2022-6-1 测控电路测控电路教材编写组 测量与控制电路22022-6-17. 信号细分与辨向电路 为什么要细分？ 提高分辨力 信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值提高仪器分辨力的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。 高分辨力是高精度的必要条件。7. 信号细分与辨向电路123546/20.3164m激光干涉仪7. 信号细分与辨向电路亮亮亮亮暗暗W20mW 光栅测量装置指示光栅主光栅受工艺和造价等限制7. 信号细分与辨向电路感应同步器WW=2mm

2、滑尺定尺受工艺和允许电流限制需要读出一个周期内的移动量:细分n什么是辨向？辨向：辨别机构的移动方向由A前进至C与由A后退至B信号变化情况相同由E前进与由D后退信号变化情况相同难以根据单一信号辨向7. 信号细分与辨向电路ABCDEn为了辨向常需要两路信号7. 信号细分与辨向电路AB前进前进B在在A 前面前面后退后退A在在B 前面前面ttuu7. 信号细分与辨向电路无法根据两路相位差 或 的信号辨向，相位差 的两路信号最可靠。90 0 180 测量与控制电路92022-6-17.1 直传式细分电路7. 信号细分与辨向电路直传式细分直接利用位移信号进行细分，称其为直传式是相对于跟踪式（平衡补偿式）而

3、言的，也因为它可以由若干细分环节串联而成 系统总的灵敏度Ks为各个环节灵敏度Kj (j=1m)之积，如果个别环节灵敏度Kj发生变化，它势必引起系统总的灵敏度的变化。 xi x1 xo K1 K2 KmDx1 x2 7. 信号细分与辨向电路 7.1 直传式细分电路(一）四细分辨向电路细分：利用两路相位差90 的信号的4个跳变沿，利用单稳态触发电路在一个周期内输出4个脉冲。R&CDG21 1DG1AA ABA 单稳7. 信号细分与辨向电路 7.1 直传式细分电路(一）四细分辨向电路辨向：如果A出现在B为负的半周期，则A滞后于B,正向运动；如果A出现在B为正的半周期，则A超前于B,反向运动。

4、ABA ABA 前进前进后退后退7. 信号细分与辨向电路 7.1 直传式细分电路(一）四细分辨向电路正向：A出现在B为负的半周期B 出现在A为正的半周期A出现在B为正的半周期B 出现在A为负的半周期反向：B 出现在A为负的半周期A出现在B为正的半周期B 出现在A为正的半周期A出现在B为负的半周期ABAB前进前进后退后退 测量与控制电路132022-6-17.1 直传式细分电路(一）四细分辨向电路7. 信号细分与辨向电路 DG7 & & & & & & & & UO1 DG5 UO2 DG10 R1 & & 1&am

5、p; & 1 1A 1DG1 C1 DG3 R2 DG2 C2 DG4 DG8 R3 C3 C4 DG9 R4 DG6 A A B B B BB A A AA B B BAA AAB BB 11 测量与控制电路142022-6-17.1 直传式细分电路(一) 四细分辨向电路 A B A BA B Uo1 Uo2 A B A BA B Uo1 Uo2 7. 信号细分与辨向电路 测量与控制电路152022-6-17.1 直传式细分电路为了实现更大的细分数，需要生成具有不同相位的多个信号。将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的节点上可得到相位各不同的电信号。这些信号经整形，脉冲形成后，就能

6、在正余弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。7. 信号细分与辨向电路a) 原理图 b)相量图（二）电阻链细分)/(arctan21RR)sin(omotuuu1 uo u2 R1R2uo112ERRR212ERRR1sinuEt2cosuEt 测量与控制电路162022-6-17.1 直传式细分电路n电阻链五倍频细分电路7. 信号细分与辨向电路（二）电阻链细分 36o 108o 18o 0o 162o90o 54o 72o 144o 126o56k 33k18k 24k 18k 24k 56k 33k 24k 33k 56k 18k 33k 24k 18k 56k 12k 12k 1

7、235 6 413 12 11 9 8 106 5 4 1 13 12 11 8 910 Esint Ecost -Esint -+ N -+ N -+ + N-+ N-+ N -+ N -+ N-+ N -+ N-+ N = = 1= = 1 = = 1 = = 1= = 1 2 3 = =1 = = 1 = = 1 UR36oooo1854720o 90108144126162oooooo180 还需要解决辨向问题，采取形成以72 为周期的两路方波信号的办法o 测量与控制电路172022-6-17. 信号细分与辨向电路7.1 直传式细分电路（二）电阻链细分n电阻链五倍频细分电路 通过一定逻

8、辑组合，获得五倍频正余弦信号，送入四细分辨向电路，实现20细分辨向1+21+21+2 1231311131211356481098104 Esint 36o108o18o162o90o54o72o144o126o1+20o5+612+1312 +131 +28+98 +95 +6 1111312+1312 +131 +2 1231311131211356481098104 Esint 36o108o18o162o90o54o72o144o126o1+20o5+612+1312 +131 +28+98 +95 +6 1231311131211356481098104 Esint 36o108o1

9、8o162o90o54o72o144o126o1+20o5+612+1312 +131 +28+98 +95 +6 1231311131211356481098104 Esint 36o108o18o162o90o54o72o144o126o1+20o5+612+1312 +131 +28+98 +95 +6 测量与控制电路202022-6-17. 信号细分与辨向电路7.1 直传式细分电路（三）计算机量化细分a） 电路原理图 辨向电路辨向电路可逆计数器可逆计数器数字计算机数字计算机A Acoscos 过零过零比较器比较器/#/# 显示电路显示电路A Asinsin 一周期内绝对码信号整周期计数

10、整周期计数周期内细分周期内细分7. 信号细分与辨向电路7.1 直传式细分电路（三）计算机量化细分21cossintanuuAA21coscotsinAuAu1、4、5、8卦限 2、3、6、7卦限 u1u21 1 2 2 3 4 3 4 5 5 6 7 86 7 8卦限卦限u1的极性的极性u2的极性的极性|u1|、|u2|大小大小1+|u1|u2|3+ |u1|u2|4+ |u1|u2|5 |u1|u2|7 +|u1|u2|8 +|u1|u2|7. 信号细分与辨向电路7.1 直传式细分电路（三）计算机量化细分1 2 3 4 5 6 7 8u1u2 第1卦限， x=k 第3卦限， x=50+k 第

11、5卦限， x=100+k 第7卦限， x=150+k100k200细分 为减少计算机运算时间，为减少计算机运算时间，采用软件查表，细分速度采用软件查表，细分速度比硬件慢，主要用于静态比硬件慢，主要用于静态测量中。测量中。第2卦限， x=50-k 第4卦限， x=100-k 第6卦限， x=150-k 第8卦限， x=200-k7.2 平衡补偿式细分7. 信号细分与辨向电路基本原理ixox为系统输出量,是数字代码,代码多是脉冲数计数器具有积分作用sK为前馈环节的灵敏度F为反馈环节的灵敏度为系统模拟输入量,可为长(角)度,也可为幅值,相位,频率等oFi1xKxF为细分数 xi-xF xF 比较器比