第七章_信号细分与辨向电路.pdf

产七章信号细分与辨向电路-概述第一节 直传式细分电路第二节 平衡补偿式细分电路概述信号细分电路概念: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3。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。概述电路细分原因: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。概述细分的基本原理: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。概述辨向：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。4概述分类：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。第一节直传式细分电路A%西西一修 K；2 兀一-.-图7-1Ks=KK2K3.Km4X。=Ks,+fKjx jj=i餐一%对斗的灵敏度,Ks=Kj+v.Km-由于人的变化和X的存在会使达到相同%所需的匹值发生斐化，即使细分点的位 置发生变化。-缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精 度低于平衡补偿系统。-优点：直传系统没有反馈比较过程，电 路结构简单、响应速度快，有着广泛的 应用。典型的细分电路四细分辨向电路电阻链分相细分微型计算机细分只读存储器细分四细分辨向电路-输入信号：具有一定相位差（通常为90。）的 两路方波信号。-细分的原理：基于两路方波在一个周期内 具有两个上升沿和两个下降沿，通过对边 沿的处理实现四细分-辨向：根据两路方波相位的相对导前和滞 后的关系作为判别依据&单稳四细分辨向电路-原理：利用单稳提取两路方波信号的边 沿实现四细分Dg7a)n n nB，n n n n n n n n uiUo2 _ n n nB，n n n n n n n nUi _U2LnLnLnLmnLnLnLRnLn图7 3b)CTL-20XX系列四细分辨向电路图7-4 HCTL-20XX系列集成电路细分原理图&电阻链分相细分-主要实现对正余弦模拟信号的细分-工作原理：将正余弦信号施加在电阻链 两端，在电阻链的接点上得到幅值和相 位各不相同的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余弦信号的一个 周期内获得若干计数脉冲，实现细分电阻链分相细分.原理设甩阻链由电阻昭和此串联而成,电阻链两端加有交流电压 1、%，其中，uEsinat,u2=E cos cotu2 o1 oRi为ou0R+R?图7-5电阻链分相细分 a）原理图b）矢量图8+N2.电阻链五倍颦细分电路 颉力给汕地范18QEcOS 3t4 22 c-SB24QCH 2 3 s56Q56Q3S18QQ 12k361108016272126。Ur19054。144 OO+N OO+N OO+N OO+NOO+N 8+N OO+N OO+N8二 i二 i OO+N图7-6电压比较器一般接成施密特触发电路的形式，使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发 电平，这个电平差称为回差电压。让回差电压 大于信号中的噪声幅值，可避免比较器在触发 点附近因噪声来回反转，回差电压越大，抗干 扰能力越强。但回差电压的存在使比较器的触 发点不可避免地偏离理想触发位置，造成误差,因此回差电压的选取应该兼顾抗干扰和精度两 方面的因素。电阻链分相细分图7.7I电阻链分相细分优点：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。W型计算机细分L原始正交信号i=4sin碑l2=4cos附为输入过零 比较器图7-8微型计算机细分a）电路原理图 b）卦限图卦限%的极性%的极性也|大，J_L_+IwJ(lw2l2+Iz/J)lz/2l3+lJlw2l4+Iz/J(lw2l5Iz/J(lw2l6Iz/J)lz/2l7+lJlz/2l8+Iz/J(lw2l微型计算机细分-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 接算反函数或，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。只读存储器细分4cos en/#Yn/#_逻辑控制器图7-9只读存储器细分原理图arctg丫 128X 1282 r+arctg2 3nV-128X-1282五 十 arctgy 128X 128(X128,K 128)(X128,7 128)(X=128,7 128)(X128)图7-10模/数转换结果与对应角度的关系第二节平衡补偿式细分图7-n平衡式细分原理图闭环系统的灵敏度*_KfX。FXi一、相位跟踪细分 1.原理w.=wmsin(ajt+fl)(7-9)J Jm、G-载波信号的振幅和角频率；e.一一调制相移角，q通常与被测位移X成正比，”=2tix/W,W为标尺节距。1弓0放大 整形L鉴相电路移位脉冲门基准分频器显示电路牛移4图7 12相位跟踪细分框图S 2.鉴相电路鉴相电路要做三方面的工作：-确定偏差信号q-q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q与4的导前、滞后关系，以确定滑 尺移动方向，也就是辨向b)c)此鉴相电路 没有门槛，会有在平衡 点附近振摆 跟踪的问题图713鉴相电路a）电路图 b）正向波形图 c）反向波形图工6a Fxa)2及U；Uda-f-DLTLHuryunurU5 n nXUd Uc Dgi Dg2 q Fxj彳.一.、.一r_TLT_n_n图7-14有门槛的鉴相电路a）电路图 b）正向波形图 c）反向波形图y工相对相位基准和移相脉冲门鲂时钟脉冲 IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIb）正常分频|c）减脉冲 JIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIId）使为延后减脉注-1-1.加脉冲M驷川川M d使为前移一加冲-一图7-15加减脉冲改变用原理图图7-16相对相位基准与移相脉冲4.测量速度动态测量时（指在部件移动过程中就要读出它的位移），为使测量速度引起的误差不超过一 个细分脉冲当量，就要求在一个载波周期内相 位角的变化不超过一个细分脉冲当量，即V W 一“叼 或 V -f n n(7-10)式中，为测量速度；/为载波信号频率；H为细分数；W为 标尺节距。e=2nKJ7F+K(7-11)四、频率跟踪细分一一锁相倍频细图7-29锁相倍频细分原理图此系统由四个主要部件鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器组成。-跟踪误差：锁相倍频器对输入信号的角频率的稳定 性要求相当高，它能够对输入信号相位 变化进行跟踪，但它是一个有差系统，当工发生变化后，为觑，能跟踪力的变化,必须要求压控振荡器的控制电压4发生 变化，也就是说力与力/之间存在不同的 相位差，这就是跟踪误差。优点：结构较简单，易于实现高的细分数，对信号失 真度无严格要求。缺点：对输入信号的角频率的稳定性要求高，而且输 入信号只有一个，不能辨向，主要用于回转部 件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保 持4接近恒定。m作业:7-1 7-27-3 7-4 7-5习题7-1、L 图731为一单稳辨向电路，输入信号4、B为相JI位差90。的方波信号,分析其辨向原理，至分别就A导前万90。、万导前A 90。的情况，画出At41、。02的波形。Dg57 LJ LJ O A Lj LJ b ba _ji_n_n _n_n_tl_%j_n_l uol-%J_n_n_当/导前3 90。时，Ui有输出，。02无输出，当 8导前4 90。时，U。1无输出，。02有输出，实现 辨向。