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1、第七章 信号细分与辨向电路,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。,返 回,上一页,下一页,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。又称插补器。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。,返 回,上一页,下一页,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。,
2、返 回,上一页,下一页,第一节 四细分辨向电路,输入信号：具有一定相位差(通常为90)的两路方波信号。细分原理：对两路方波的突变沿进行处理（一个周期有两个突变沿），提取四个突变沿，实现四细分。辨向原理：根据两路方波相位的相对超前和滞后的关系作为判别依据。,返 回,上一页,下一页,DG7,&,&,&,&,&,&,&,&,UO1,DG5,UO2,DG10,R1,&,1,&,&,1,A,C1,DG3,R2,DG2,C2,DG4,DG8,R3,C3,C4,DG9,R4,DG6,A,B,B,B,A,A,A,1,B,B,B,A,1,图7-2 单稳四细分辨向电路,A,B,原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿
3、实现四细分,0,0-1,0,0,1,返 回,上一页,下一页,正向时,反向时,返 回,上一页,下一页,辨向原理：,正向：Uo1有4细分脉冲输出，Uo2始终为高电平反向：Uo1始终为高电平，Uo2有4细分脉冲输出,可逆计数器,Uo1,Uo2,实际位移情况,返 回,上一页,下一页,输入信号：两路正余弦交流信号。（频率相同但相位不同）工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的各接点上得到幅值和相位各不相同的电信号，经处理后（整形、脉冲形成、逻辑组合电路），在一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。,第二节 电阻链分相细分,返 回,上一页,下一页,设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交
4、流电压u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost。,输出电压的幅值与相位都与R1和R2的比值有关。,不同相的输出电压信号经电压比较器整形为方波，然后经逻辑电路处理即可实现细分。,原理：,改变输入信号可改变象限：u1=Esin t，u2=Ecos t 0 90：u1=Ecos t，u2=Esin t 90 180：u1=Esin t，u2=Ecos t 180 270：u1=Ecos t，u2=Esin t 270 360,电阻细分桥（12细分）,返 回,上一页,下一页,图7-6,电阻链五倍频细分电路,返 回,上一页,下一页,1231311131211356481098104,Esin
5、t,五倍频细分电路的波形,优点:具有良好的动态特性,应用广泛缺点:细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使电路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场合。,返 回,上一页,下一页,第三节 微型计算机细分,a）电路原理图 b）卦限图图7-8 微型计算机8细分,返 回,上一页,下一页,输入信号：原始正余弦信号u1=Asin和u2=Acos,1 2 3 4 5 6 7 8,u1,u2,t,u,返 回,上一页,下一页,单个卦限内的细分：,直接算反函数法：运算量大，占用CPU太多时间查表法：,返 回,上一页,下一页,1 2 3 4 5 6 7 8,t,0,(0360)范围内的实际数值y：第1卦
6、限：yK 第2卦限：y2nK 第3卦限：y2n+K 第4卦限：y4nK 第5卦限：y4n+K 第6卦限：y6nK 第7卦限：y6n+K 第8卦限：y8nK,返 回,上一页,下一页,90,180,270,360,n单卦限内的细分数K第1卦限查表所对应 的存储单元序列号,查表法步骤：（以单卦限n=25细分为例）,先固化tan表：（045）间的25个正切值（等分）tan 0 tan 1.8 tan 3.6 tan tan 43.2 第1单元 第2单元 第3单元 第K单元 第25单元采集输入信号u1和u2，判断卦限：若为1、4、5、8卦限则计算；若2、3、6、7卦限则计算（令A计算结果）用查表程序查出
7、A值落入第几单元（即得到K值）确定（0360）范围内的实际数值y：第1卦限：yK 第2卦限：y50K 第3卦限：y50+K 第4卦限：y100K 第5卦限：y100+K 第6卦限：y150K 第7卦限：y150+K 第8卦限：y200K确定实际位移量：其中：X01个周期对应的实际位移 N可逆计数器得到的周期数,返 回,上一页,下一页,思考,优点：利用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，要化更多的时间；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。,返 回,上一页,下一页,
8、练习1、在光栅式位移测量系统中采用微机对其进行200细分。在某时刻测得两路正余弦信号输入信号为U11.35V，U22.67V，计数锁存器中的计数值为240。求：这一时刻对应的实际位移量X。已知：光栅节距为W（1单元）tg1.800.03，（2单元）tg3.600.06，（3单元）tg5.400.09，（4单元）tg7.200.13，（5单元）tg900.16，（6单元）tg10.800.19，（7单元）tg12.600.22，(8单元)tg14.400.26，（9单元）tg16.200.29，（10）tg1800.32，（11）tg19.800.36，（12）tg21.600.40，（13）t
9、g23.400.43，（14）tg25.200.47，（15）tg2700.51，（16）tg28.800.55，（17）tg30.600.59，（18）tg32.400.64，（19）tg34.200.68，（20）tg3600.73，（21）tg37.800.78，（22）tg39.600.83，（23）tg41.400.88，（24）tg43.200.94，（25）tg4501.00,返 回,上一页,下一页,练习2、用光栅式角度测量系统测量电机轴的转角，传感器主光栅有2000条刻线，被测轴的转速为30转/分钟。求仪器的固有分辨率？传感器输出光电信号的频率？若采用微机对其进行160细分。在
10、某时刻测得光栅输出的两路正、余弦信号U12.5V，U21.5V，计数锁存器中的计数值为100。求：这时候电机转轴的实际转角。注：【（1单元）tg0.00，（2单元）tg2.2500.039，（3单元）tg4.500.079，（4单元）tg6.7500.118，（5单元）tg9.00.158，（6单元）tg11.2500.199，（7单元）tg13.500.240，（8单元）tg15.7500.282，（9单元）tg18.00.325，（10单元）tg20.2500.369，（11单元）tg22.500.414，（12单元）tg24.7500.461，（13单元）tg27.00.510，（14单
11、元）tg29.2500.560，（15单元）tg31.500.613，（16单元）tg33.7500.668，（17单元）tg36.00.727，（18单元）tg38.2500.788，（19单元）tg40.500.854，（20单元）tg42.7500.924】,返 回,上一页,下一页,第四节 只读存储器细分,图7-9 只读存储器细分原理图,返 回,上一页,下一页,图7-10 模/数转换结果与对应角度的关系,返 回,上一页,下一页,7.2 平衡补偿式细分电路,平衡补偿式细分电路广泛应用于标尺节距大的感应同步器，也用于磁栅、光栅式仪器中。这种细分方法可实现高的细分数，例如2000，甚至1000
12、0。,平衡补偿式细分电路的相应速度一般比直传式细分电路的低，如果测量速度过快，就会发生跟踪不上，甚至失步的问题。为保证精度，必须限制测量速度。,平衡补偿式细分电路,相位跟踪细分,7.2 平衡补偿式细分电路,原理,相位跟踪细分,j调制相移角，j通常与被测位移x成正比，j=2x/W，W为标尺节距。,相位跟踪细分属于平衡式细分，它的输入信号一般为相位调制信号：,Um、载波信号的振幅和角频率；,图712相位跟踪细分框图,相位跟踪细分,鉴相电路,相位跟踪细分,鉴相电路要做三方面的工作：确定偏差信号j-d是否超过门槛；输出与偏差信号相对应的方波脉宽信号 确定j与d的导前、滞后关系，以确定滑尺移动方向，也就是辨向,UX,&,&,&,&,&,Uc,Uj,Ud,DG1,DG2,DG3,DG4,DG5,FX,FX,a),此鉴相电路没有门槛，会有在平衡点附近振摆跟踪的问题。,相位跟踪细分,鉴相电路,UX,&,&,&,&,&,Uc,Uj,Ud,DG1,DG2,DG3,DG4,DG5,FX,FX,Ud,R,R,C,C,a),有门槛的鉴相电路,Uj的上升滞后与Uj的上升。若Uj与Ud的相位差很小，在Uj到达开门电平前，Ud已经上跳，就不会形成相位差信号。,加减脉冲改变d 原理图,相位跟踪细分,相对相位基准和移相脉冲,相对相位基准与移相脉冲,相位跟踪细分,
