信號細(xì)分與辯向電路ppt課件

1、測控電路第七章第七章 信號細(xì)分與辨向電路信號細(xì)分與辨向電路第一節(jié)第一節(jié) 四細(xì)分辨向電路四細(xì)分辨向電路第二節(jié)第二節(jié) 電阻鏈分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分第三節(jié)第三節(jié) 微型計算機(jī)細(xì)分微型計算機(jī)細(xì)分第四節(jié)第四節(jié) 只讀存儲器細(xì)分只讀存儲器細(xì)分第五節(jié)第五節(jié) 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路思索題思索題返 回上一頁下一頁測控電路電路細(xì)分緣由：丈量電路通常采用對信號周期進(jìn)展計數(shù)的方法實現(xiàn)對位移的丈量，假設(shè)單純對信號的周期進(jìn)展計數(shù), 那么儀器的分辨力就是一個信號周期所對應(yīng)的位移量。為了提高儀器的分辨力，就需求運用細(xì)分電路。返 回上一頁下一頁測控電路細(xì)分的根本原理：細(xì)分的根本原理： 根據(jù)周期性丈量信號的波形、振幅或

2、者相位的變化規(guī)律，在一個周期內(nèi)進(jìn)展插值，從而獲得優(yōu)于一個信號周期的更高的分辨力。又稱插補(bǔ)器。信號的共同特點： 信號具有周期性，信號每變化一個周期就對應(yīng)著空間上一個固定位移量。返 回上一頁下一頁測控電路辨向： 由于位移傳感器普通允許在正、反兩個方向挪動，在進(jìn)展計數(shù)和細(xì)分電路的設(shè)計時往往要綜合思索辨向的問題。返 回上一頁下一頁測控電路第一節(jié)第一節(jié) 四細(xì)分辨向電路四細(xì)分辨向電路輸入信號：具有一定相位差輸入信號：具有一定相位差( (通常為通常為9090) )的兩路方波信號。的兩路方波信號。細(xì)分原理：對兩路方波的突變沿進(jìn)展處置一個周期有兩個突細(xì)分原理：對兩路方波的突變沿進(jìn)展處置一個周期有兩個突變沿，變沿

3、， 提取四個突變沿，實現(xiàn)四細(xì)分。提取四個突變沿，實現(xiàn)四細(xì)分。辨向原理：根據(jù)兩路方波相位的相對超前和滯后的關(guān)系作為判辨向原理：根據(jù)兩路方波相位的相對超前和滯后的關(guān)系作為判別根據(jù)。別根據(jù)。 WBWB YOVBVAVAVBVAVB返 回上一頁下一頁VAVB測控電路DG7&UO1DG5UO2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA1BBBAAAABBB1圖7-2 單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路 AABB測控電路原理：利用單穩(wěn)提取兩路方波信號的邊沿實現(xiàn)四細(xì)分原理：利用單穩(wěn)提取兩路方波信號的邊沿實現(xiàn)四細(xì)分00-1R1

4、&A1DG1C1DG3A0101101-01-0返 回上一頁下一頁A單穩(wěn)AB單穩(wěn)BA單穩(wěn)AB單穩(wěn)B異或四細(xì)分輸出測控電路&UO1DG5AABBA1B AB &UO2DG10AABBA1B AB BABUo1Uo2AABBABUo1Uo2AAB正向時反向時返 回上一頁下一頁測控電路辨向原理：辨向原理：正向：正向：Uo1Uo1有有4 4細(xì)分脈沖輸出，細(xì)分脈沖輸出，Uo2Uo2一直為高電平一直為高電平反向：反向：Uo1Uo1一直為高電平，一直為高電平，Uo2Uo2有有4 4細(xì)分脈沖輸出細(xì)分脈沖輸出可可逆逆計計數(shù)數(shù)器器Uo1Uo1UoUo2 2實踐位移情況實踐位移情況返 回上一

5、頁下一頁測控電路輸入信號：兩路正余弦交流信號。輸入信號：兩路正余弦交流信號。 頻率一樣但相位不同頻率一樣但相位不同任務(wù)原理：將正余弦信號施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的各接任務(wù)原理：將正余弦信號施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的各接點上得到幅值和相位各不一樣的電信號，點上得到幅值和相位各不一樣的電信號， 經(jīng)處置后整形經(jīng)處置后整形、脈沖構(gòu)成、邏輯組合電路，在一個周期內(nèi)獲得假設(shè)干、脈沖構(gòu)成、邏輯組合電路，在一個周期內(nèi)獲得假設(shè)干計數(shù)脈沖，實現(xiàn)細(xì)分。計數(shù)脈沖，實現(xiàn)細(xì)分。 第二節(jié)第二節(jié) 電阻鏈分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分返 回上一頁下一頁測控電路 設(shè)電阻鏈由電阻R1和R2串聯(lián)而成，電阻鏈兩端加有交流電壓u1、u2，其中

6、，u1=Esint，u2=Ecost 。)/(cos)/(sin211212RRtRERRtREuo u1 u2uo u2 R1R2uou1211RRER212RRER)/(212221RRRREUom)/arctan(21RR 輸出電壓的幅值與相位都與R1和R2的比值有關(guān)。 不同相的輸出電壓信號經(jīng)電壓比較器整形為方波，然后經(jīng)邏輯電路處置即可實現(xiàn)細(xì)分。原理： 測控電路改動輸入信號可改動象限：改動輸入信號可改動象限： 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=E

7、cos t ，u2=Esin t 270 360 Esin tEcos tEsin tEcos t電阻細(xì)分橋電阻細(xì)分橋12細(xì)分細(xì)分返 回上一頁下一頁測控電路圖7-6 36o108o18o0o162o90o54o72o144o126o5 6 k3 3 k1 8 k2 4 k1 8 k2 4 k5 6 k3 3 k2 4 k3 3 k5 6 k1 8 k3 3 k2 4 k1 8 k5 6 k12k12k123564131211981065411312118910EsintEcost-Esint-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N= 1= 1= 1= 1= 1= 1= 1=

8、 1= 1= 123= 1= 1= 1= 1= 1= 1UR電阻鏈五倍頻電阻鏈五倍頻細(xì)分電路細(xì)分電路返 回上一頁下一頁測控電路1231311131211356481098104 Esint五倍頻細(xì)分電路的波形測控電路優(yōu)點: 具有良好的動態(tài)特性,運用廣泛缺陷: 細(xì)分?jǐn)?shù)越高所需的元器件數(shù)目也成比例地添加，使電路變得復(fù)雜，因此電阻鏈細(xì)分主要用于細(xì)分?jǐn)?shù)不高的場所。返 回上一頁下一頁測控電路第三節(jié) 微型計算機(jī)細(xì)分辨向電路可逆計數(shù)器數(shù)字計算機(jī)Acos 過零比較器/#/# 顯 示 電路Asin a 電路原理圖 b 卦限圖圖7-8 微型計算機(jī)8細(xì)分 返 回上一頁下一頁輸入信號：原始正余弦信號輸入信號：原始正余

9、弦信號u1=Asinu1=Asin和和u2=Acosu2=Acos1 2 3 4 5 6 7 8u1u2tu測控電路卦限u1的極性u2的極性|u1|、|u2|大小1+|u1|u2|2+|u1|u2|3+|u1|u2|4+|u1|u2|5|u1|u2|6|u1|u2|7+|u1|u2|8+|u1|u2|返 回上一頁下一頁測控電路單個卦限內(nèi)的細(xì)分：直接算反函數(shù)法：運算量大，占用CPU太多時間查表法：tan21uu21arctanuu返 回上一頁下一頁測控電路tan =u1/u2cot =u2/u11 2 3 4 5 6 7 8t011 (0360)范圍內(nèi)的實踐數(shù)值y： 第1卦限： yK 第2卦限：

10、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：y8nKnyXX80返 回上一頁下一頁90180270360n單卦限內(nèi)的細(xì)分?jǐn)?shù)K第1卦限查表所對應(yīng) 的存儲單元序列號測控電路查表法步驟：以單卦限n=25細(xì)分為例先固化tan表：045間的25個正切值等分 tan 0 tan 1.8 tan 3.6 tan tan 43.2 第1單元 第2單元 第3單元 第K單元 第25單元采集輸入信號u1和u2，判別卦限：假設(shè)為1、4、5、8卦限那么計算 ；假設(shè)2、3、6、7卦限那么計算 令A(yù)計算結(jié)果用查表程序查出A值落入第幾單元

11、即得到K值確定0360范圍內(nèi)的實踐數(shù)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確定實踐位移量： 其中： X01個周期對應(yīng)的實踐位移 N可逆計數(shù)器得到的周期數(shù)00200XyNXXtan21uucot12uu返 回上一頁下一頁思索測控電路優(yōu)點：利用判別卦限和查表實現(xiàn)細(xì)分，相對來說減少了優(yōu)點：利用判別卦限和查表實現(xiàn)細(xì)分，相對來說減少了計算機(jī)運算時間，假設(shè)直接算反函數(shù)，要化更多的時間計算機(jī)運算時間，假設(shè)直接算反函數(shù)，要化更多的時間；經(jīng)過修正程序和正切表，很容易

12、實現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。；經(jīng)過修正程序和正切表，很容易實現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。缺陷：這種細(xì)分方法由于還需求進(jìn)展軟件查表，細(xì)分速缺陷：這種細(xì)分方法由于還需求進(jìn)展軟件查表，細(xì)分速度慢，主要用于輸入信號頻率不高或靜態(tài)丈量中。度慢，主要用于輸入信號頻率不高或靜態(tài)丈量中。返 回上一頁下一頁測控電路練習(xí)練習(xí)1 1、在光柵式位移丈量系統(tǒng)中采用微機(jī)對其進(jìn)展、在光柵式位移丈量系統(tǒng)中采用微機(jī)對其進(jìn)展200200細(xì)分細(xì)分。在某時辰測得兩路正余弦信號輸入信號為。在某時辰測得兩路正余弦信號輸入信號為U1U11.35V1.35V，U2U22.67V2.67V，計數(shù)鎖存器中的計數(shù)值為，計數(shù)鎖存器中的計數(shù)值為240240。求：這一時辰對應(yīng)的

13、實踐位移量求：這一時辰對應(yīng)的實踐位移量X X。知：光柵節(jié)距為知：光柵節(jié)距為W W1 1單元單元tg1.80tg1.800.030.03，2 2單元單元tg3.60tg3.600.060.06，3 3單元單元tg5.40tg5.400.090.09， 4 4單元單元tg7.20tg7.200.130.13，5 5單元單元tg90tg900.160.16， 6 6單元單元tg10.80tg10.800.190.19，7 7單元單元tg12.60tg12.600.220.22，(8(8單元單元)tg14.40)tg14.400.260.26，9 9單元單元tg16.20tg16.200.290.29

14、，1010tg180tg1800.320.32， 1111tg19.80tg19.800.360.36， 1212tg21.60tg21.600.400.40，1313tg23.40tg23.400.430.43， 1414tg25.20tg25.200.470.47， 1515tg270tg2700.510.51，1616tg28.80tg28.800.550.55， 1717tg30.60tg30.600.590.59， 1818tg32.40tg32.400.640.64，1919tg34.20tg34.200.680.68， 2020tg360tg3600.730.73， 2121tg

15、37.80tg37.800.780.78，2222tg39.60tg39.600.830.83， 2323tg41.40tg41.400.880.88， 2424tg43.20tg43.200.940.94，2525tg450tg4501.001.00返 回上一頁下一頁測控電路練習(xí)練習(xí)2、用光柵式角度丈量系統(tǒng)丈量電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，傳感器主光柵有、用光柵式角度丈量系統(tǒng)丈量電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，傳感器主光柵有2000條刻線，被測軸的轉(zhuǎn)速為條刻線，被測軸的轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分鐘。分鐘。求儀器的固有分辨率？傳感器輸出光電信號的頻率？求儀器的固有分辨率？傳感器輸出光電信號的頻率？假設(shè)采用微機(jī)對其進(jìn)展假設(shè)采用微機(jī)對其進(jìn)

16、展160細(xì)分。在某時辰測得光柵輸出的兩路正、余細(xì)分。在某時辰測得光柵輸出的兩路正、余弦弦信號信號U12.5V，U21.5V，計數(shù)鎖存器中的計數(shù)值為，計數(shù)鎖存器中的計數(shù)值為100。 求：這時求：這時候電機(jī)轉(zhuǎn)軸的實踐轉(zhuǎn)角。候電機(jī)轉(zhuǎn)軸的實踐轉(zhuǎn)角。注：【注：【1單元單元tg0.00， 2單元單元tg2.2500.039， 3單元單元tg4.500.079， 4單元單元tg6.7500.118， 5單元單元tg9.00.158， 6單元單元tg11.2500.199，7單元單元tg13.500.240， 8單元單元tg15.7500.282，9單元單元tg18.00.325，10單元單元tg20.250

17、0.369， 11單元單元tg22.500.414，12單元單元tg24.7500.461， 13單元單元tg27.00.510， 14單元單元tg29.2500.560， 15單元單元tg31.500.613，16單元單元tg33.7500.668， 17單元單元tg36.00.727，18單元單元tg38.2500.788， 19單元單元tg40.500.854， 20單元單元tg42.7500.924 】返 回上一頁下一頁測控電路第四節(jié) 只讀存儲器細(xì)分 只讀存儲器減計數(shù)鎖存器周期計數(shù)器邏輯控制器A s i nA c o sY X細(xì)分鎖存器加減信號發(fā)生 器加/#/#D0D6D7D8D9.圖

18、7-9 只讀存儲器細(xì)分原理圖 返 回上一頁下一頁測控電路0 128 255XY255128 圖7-10 模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果與對應(yīng)角度的關(guān)系 )128(128128arctg)128,128(23)128,128(2)128,128(128128arctg2)128,128(128128arctgXXYYXYXYXXYYXXY 返 回上一頁下一頁測控電路7.2 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路廣泛運用于標(biāo)尺節(jié)距大的感應(yīng)同步器，也用于磁柵、光柵式儀器中。這種細(xì)分方法可實現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)，例如2000，甚至10000。FxFxxiFoFxxKioF1 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路的相應(yīng)速度普通比直傳式細(xì)分電路的低，假設(shè)丈量速度過快，就會發(fā)生跟蹤不上，甚至失步的問題。為保證精度，必需限制丈量速度。比較器F Ksxoxi-+NxFxi-xF門檻電壓不能太小測控電路n平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路 相位跟蹤細(xì)分7.2 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路測控電路 原理原理 7.2.1 相位跟蹤細(xì)分 j調(diào)制相移角，j通常與被測位移x成正比， j=2x/W，W為標(biāo)尺節(jié)距。 相位跟蹤細(xì)分屬于平衡式細(xì)分，它的輸入信號普通為相位調(diào)制信號：)sin(jmjtUuUm、 載波信號的振幅和角頻率；測控電路鑒相電路移位脈沖門 相對相位基準(zhǔn)分頻器顯示電路放大整形umsin(t+j)dj-d移相