光柵的電子細(xì)分原理和方法.doc

7-3 光柵的電子細(xì)分一 細(xì)分的原理和方法1、原理：在忽略高次諧波的情況下，光電元件輸出的電壓U和光柵位移x之間的關(guān)系為 其中為光柵移動速度，d為柵距，U為電壓幅值。 可見：，。 對位相進(jìn)行n細(xì)分，實(shí)質(zhì)上是對測量值x進(jìn)行n細(xì)分。 （特別是，時，即對一個莫爾條紋n細(xì)分）2、細(xì)分原理分類：（P89表7-3）從波形分析方法入手，分為五類：幅值分割、周期測量、角頻率倍增（倍頻）、移項、函數(shù)變換。（1）幅值分割法，就是對進(jìn)行非線性分割，得。（2）周期測量法，就是測時間的t，測t得，得x。（3）倍頻法，就是增加角頻率，用新的周期來反映x。（4）移項法，得一系列相位差的正弦信號，編碼，得n倍頻。（5）函數(shù)法，是變成別的函數(shù)n細(xì)分。3、方法分類P90表7-4（9種）二、直接的細(xì)分法（四倍頻法）（一）四相信號的獲得。目的：為了消除莫爾條紋信號的直流分量和判向，需要四個相位差的諧波信號：； ；。12343600-sincossin-cos圖7-3-1四相信號波形圖：1） 陣列光電元件法： 在一個莫爾條紋內(nèi)均勻放置4個光電探測器，使它們各占條紋寬度的。圖7-3-2 四分透鏡讀數(shù)頭1聚光鏡 2.指示光柵 3.四分透鏡 4.狹縫 5.光電二極管圖7-3-3 四極硅光電池缺點(diǎn)：每個信號的光強(qiáng)都只有一個條紋光強(qiáng)的。2）裂相指示光柵法n個光電元件，獲得n相光電信號 n，k是整數(shù)。裂相指示光柵 主光柵 光電探測器相對靜止X 1 2 3 4 圖7-3-4 裂相指示光柵的布置 （二）四倍頻法1、原理框圖：數(shù)顯輸出正 反向計 數(shù)編碼計 數(shù)脈 沖形 成四相取樣光電信號2、計數(shù)電路工作過程運(yùn)算運(yùn)算運(yùn)算運(yùn)算+-+-+-DG1DG3DG2DG4Sin-SinCos-Cos鑒零器微分t1p12Sin鑒零器微分t3p3-2Sin鑒零器微分t2p22Cos鑒零器微分t4p4-2Cos方波尖脈沖圖7-3-5 邏輯圖：工作過程： 4個相位差，含直流成份的光電信號，經(jīng)4個運(yùn)放差分放大，消去直流。 ，經(jīng)鑒零器整形成方波，為編碼提供判向信號，（即）。 經(jīng)過微分電路輸出尖脈沖，作為編碼電路計數(shù)信號。3、編碼電路工作過程（目的：判向、計數(shù)） 邏輯圖：觸發(fā)器p1t1p4t2t3p2t4p3t1p2t2p3t3p4t4p1Q減法脈沖Q+加法脈沖Q主脈沖（送可逆計數(shù)器）可逆計數(shù)器加減法控制線上控制電位7453、7454（14腳）圖7-3-6 編碼邏輯表達(dá)式： ， 。 波形圖：圖7-3-7三、移相電阻鏈法（移相原理）計數(shù)電路移相電路 原理框圖：編碼電路四sin 計數(shù)脈沖 路cos 信-sin 號-cos 移相原理：（串聯(lián)電路、并聯(lián)電路兩種）以串聯(lián)為例：EBAR1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8uk sin cos -sin -cos 圖7-3-8F 串聯(lián)電路中、，、構(gòu)成橋式電路： DA i Ua R1 由回路FADE得： Uk EF UbB R2 由回路FBCE得： 圖7-3-9C B 聯(lián)立、式，解得： 令： 再令： ; ，得： ，移相值取決于電阻和之間的比值。例1：用移相電阻鏈法對光柵莫爾條紋信號8倍電子細(xì)分（8倍頻），作波形圖并寫出正、反向邏輯表達(dá)式。解：（1）波形圖：圖7-3-1022222222Q+t為方波p為尖波（2）=3600/8=450 ， 則：R1/ R2=tg= tg450=1 故可取 R1= R2= R3 =R4= R5= R6= R7= R8=10K,電路圖如圖7-3-8所示。（3）正、反向邏輯表達(dá)式為：例2：20 細(xì)分方案。解：在00900內(nèi)，RI/RII分別取：0（），0.3249（），0.7265（），1.3764（），3.078（）。其它三個象限以此類推。并聯(lián)電路如下：圖7-3-11四、用微處理機(jī)進(jìn)行電子細(xì)分（一）、工作原理設(shè)和為相位差為的兩路諧波信號。在測量區(qū)域有N個正峰值，被測長度：式中：為不足一個柵距的長度，T為柵距，N為正峰數(shù)。 1、的計算：圖7-3-12ux0電壓平均值： 峰值： 任意點(diǎn)電壓值：這種算法是為了消除直流電平變化的影響；第一次算時，必須用到已知條件，。 內(nèi)的相位角 其中還必須換算成中的相位角，根據(jù)三角函數(shù)性質(zhì)，在I、II、III、IV圖7-3-13ux 象限，它們的關(guān)系為：I： II： III： IV： 因?yàn)椋?T為柵距 連續(xù)（無限細(xì)分），則連續(xù)（無限細(xì)分）。精度取決于采樣的離散化精度。圖7-3-142、移動方向判別 陰影部分為中斷程序執(zhí)行中！圖7-3-15令 3、采樣說明單穩(wěn)輸出圖7-3-16將第二路信號整形成方波，方波前、后沿分別觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，輸出窄脈沖。這兩路脈沖經(jīng)過一個或門合成中斷請求信號，加到微處理器“INT”端。中斷期間，對進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換（采樣），判別是正峰值還是負(fù)峰值，同時采樣符號（P1.0），判別移動方向，并對正峰值計數(shù)（N），向右作加，向左作減，這樣完成了周期計數(shù)的任務(wù)。中斷一完，馬上進(jìn)入主程序，讀（通過AD轉(zhuǎn)換），算。(二)電原理圖U2的符號P1.0=0, U2為負(fù); P1.0=1, U2為正。下跳沿輸出2Cos上跳沿輸出2Sin（三）程序框圖程序執(zhí)行過程： 開機(jī)，讀入當(dāng)前 則有（與相鄰正峰間的距離）。 遇到中斷信號（正、負(fù)峰），則對正峰計數(shù)，、的值記下待用。 中斷瞬間完成，又回主程序循環(huán)算。 循環(huán)往復(fù)，直至停機(jī)，讀得的即為測量長度。開 始設(shè)初值，清除MN，MUd，MUs輸出顯示INT（中斷程序）壓棧，中斷開始讀Ud（或Us）USUd？UsUdMUs UsMUd Ud左移移動方向？右移MNMN1MNMN1 出棧，中斷結(jié)束返回 （三）誤差分析 對上式求全微分 1、光柵尺的標(biāo)準(zhǔn)誤差：設(shè)柵距誤差為，則在使用范圍內(nèi)累積誤差2、中斷計數(shù)誤差：采樣頻率足夠，則，可不計。3、AD引起的誤