第7章信号细分与辨向.ppt

第7章信号细分与辨向电路概述直传式细分电路平衡补偿式细分电路概述信号的共同特点: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。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。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。辨向电路的作用是判别测量运动方向或判别被测零件公差的正、负,并发出方向信号控制计数器计数做加或减运算,或平衡跟踪方向及显示符号的正、负。细分电路分类:按工作原理,可分为直传式细分和平衡补偿式细分。按所处理的信号可分为调制信号细分电路和非调制信号细分电路。细分的方法有机械细分、光学细分、电子细分和微机细分等。数字式检测和计量仪器随着激光、光栅、磁栅感应同步器等技术的迅猛发展,数字式测量仪器也越来越多,特别是各种仪器电路与微机计算及处理技术紧密结合与应用,又促进了检测及计量仪器数字化。数字式电路不仅读数方便、客观、量程大,能较好地解决量程与分辨率的矛盾。易于集成化,抗干扰能力强,便于动态采样和记忆保存,便于与计算机联用。所以数字式检测及计量仪器得到广泛应用。细分电路是精密计量仪器的重要组成部分,它的功用是提高仪器的分辨率,同时使测量信号数字化。数字式检测和计量仪器的信息获取,主要采用感应同步器、计量光栅、磁栅、激光等做测量标尺,提取直线或角度位置的检测和计量信息。同时为了提高检测装置的分辨率和确定移动方向。常采用细分和变向电路,且使测量信号数字化及显示。随着科学技术的发展,要求读数值越来越小,如果靠进一步减小测量标尺刻度来减小读数值,要受到工艺等因素限制。要使位移信号每变化一个周期不是计一个数,而是计若干数,就要采用细分技术。一个周期计4个数叫4细分。在4细分情况下,栅距是4μm的光栅,可达到1μm的分辨率。在设计仪器时,要根据实际情况扬长避短,合理分配光、机、电、细分数的比例,提高仪器总的技术经济指标。用电路来完成细分任务叫电子细分,是本节要讲述的内容。直传式细分电路由若干环节串联而成。如下图所示。设细分电路的输入量为xi。系统末端为编码输出xo,中间环节中常有比较器,另一种中间环节完成信号的离散化和量化,这种环节称为细分机构。中间环节中还会有各种变换器。如波形变换器(正弦波变换为三角波等),电信号参数变换器(相位差变换为脉宽等)。这些环节都依次向末端方向传递信息,这就是直传的意思。电路结构属于开环系统。x1x2图7-1由于个别环节灵敏度xj的变化,它势必引起系统总灵敏度的变化。此外,由于干扰等原因,当某一环节的输入量有增量△xj时,都会引起输出量x0的变化,这时有式中为由于△xj引起输出x0变化的灵敏度。显然,由于Ks的变化和△xj的存在会使达到相同的x0所需的xj值发出变化,也即使细分点的位置发生变化。由于直传系统信号单向传递,越在前面的环节,其输入变动员所引起的x0变动量越大,因而要保持系统的精度必须稳定各环节的灵敏度,减少各环节特别是靠近系统输入端的环节的输入误差。基于上述要求,直传系统的抗干扰能力较差,其精度一般低于平衡补偿系统。在同等精度要求下,直传系统对电路元器件的质量、结构和装调技术有更高的要求。但是,由于直传系统没有反馈比较过程,一般说来电路结构简单,响应速度较快。