第7章 信号细分与辩向电路-《测控电路(第4版)》.pdf

测控电路测控电路教材编写组测量与控制电路2019/8/267.信号细分与辨向电路（为什么要细分?I 提高分辨力信号佃台电路又锦插补器，是束用电路手段对周 翅喉的槽量鸿信号进行插值梃密仪器令辨力的一种 方法。佃令的基，原理是；根据周期桃对量信号的 波形、幅值或渚相依的变化规律，准一个周期的进 行插补，欧而裹得优4一个信号周期的史离的台辨 力。高分辨力是高精度的必要条件。幺网篙2019/8/26 27.信号细分与辨句电路7.信号细分与辨句电路主光栅光栅测量装置imm一冗暗亮W 指示光栅W=20|nm 受工艺和造价等限制7.信号细分与辨句电路感应同步器受工艺和允许电流限制走尺wW=2mm渭尺需要读出一个周期内的移动量：细分7.信号细分与辨句电路什Q是辨句?辨句：辨别机构的移动方向A由Alf进至。与由A后退至5信号变化情况相同 由后前进与由。后退信号变化情况相同 难以根据单信号辨句7.信号细分与辨句电路为了辨向常需要两路信号-A前进第4前面后退4在6前面7.信号细分与辨向电路7.1直传式细分电路直传式细分直接利用位移信号进行细分，称其为 直传式是相对于跟踪灰（平衡补偿式J而言的，也因 为它可以由若干细分环节串联而成索统总的灵敏度Ks为各个环节灵敏度0加）之积，如果个别环节灵敏度0发生变化，它势必引起索统忍的 灵敏度的变化。7.信号细分与辨向也路7.1直传式细分电路(-)四细分辨向电路细分：利用两路相位差90。的信号的4个跳变沿，利 用单稳态触发电路在一个周期内输出4个脉冲。4_A_B单稳7.信号细分与辨向也路7.1直传式细分电路(-)四细分辨向电路辨向：如果4出现在夕为负的半周期，贝必滞后于民 正向运动；如果4出现在明正的半周期，则/超前于8反向运动。前进后退7.信号细分与辨向也路7.1 直传式细分电路尸）四细分辨向电路正向：4出现在助负的半周期 力出现在/为正的半周期 夕出现在明正的半周期 9出现在/为负的半周期I I反向：夕出现在/为负的半周期 d出现在胰正的半周期 夕出现在/为正的半周期 才出现在后为负的半周期BB前进后退7.信号细分与辨句电路2019/8/26 137.信号细分与辨向电路7.1直传式细分也略（一）四细分辨向电路ABA，BHB1%uo2n_n_nIflU-H4 Illinninrl rt t l nnnnnn!：A _J _ _ IB I_I_I_I_ILAf _n_n_nBf n_n_n_/_n_n_京_n_n_n_U12 innnnnnnnnnn2019/8/26 147.信号细分与辨向电路7.1直传式细分电路（二）电阻链细分为了实现更大的细分数，需要生成具有不同相位的多个信号。将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的节点上可得到相 位各不同的电信号。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。2019/8/26 157.信号细分与辨向电路30 t-一_ 十 Ii=t en7.1直传式细分电路（二）电阻链细分电阻链五倍频细分 电路n0 12kQ.得聃尸 36。18。5472108108(+N22b18+n0 I162085641312=1h还需要解决辨句问题,及取形成以72为周期 的两路万信号的办法-EsinuH 180162144126Ur2019/8/26 169尊54219QP p872 t 00E4O=13Q0Tzm13=1ir144 0126o0+12,q=1io7.信号细分与辨句也路7.1直传式细分电路 八。（二）电阻链细分 1i_ 362电阻链五倍频细分 3,1i一-108_ 12LO|J_L kk匚-L-l-1 Fl JPM X J _电路 n,u13-i-；I_1。|12 1372-14412 1312z11_M11_1通过一定之属组合,获 3 一 5 I/0 9/，-A/，。1-r-o1 i iL-r-LJ 1 i1 1 2，r-i18_r 162行五僖频正余弦仁万,6i ii_;_送入四细分辨向电路7 8 实现20细分辨向 9 一ii占|_-1_1_ 56-90-8954ip i i11-_|180 _41i i u_dI!U IL_二1|_-L-126-8 9，I-5，6，u_r-rH_!丁产122019/8/26 17121312 13 l2 sin2313111312,H356481098104f12 130 sinyt36 _1 i noo=21 2 3 _0。1 n1 _i_i112 13 111!7 2 i 暝36108127214412013Lj1i jl2185J-1626156490889105491268891056 412,If 314412 131218541268956!I-162I 56 j-90i L 897.信号细分与辨句也路7.1直传式细分电路（三）计算机量化细分AsinO o-AcqsOo过零 比较器n/#n/#周期佝佃台数字计算机一周期内绝对码信号7.信号细分与辨句也路1、4、5、8卦限7.1直传式细分电路（三）计算机量化细分卦限的极性电的极性 Ml、Iwl大小1+u23+-4+-uu25-u叫7-+uu28-+U|v|%lA sin 夕 Ustan夕二-二Acos 夕 u22、3、6、7卦限 Acosl 小cot 6=;=Asin 3%7.信号细分与辨向电路I 71直传式细分电路 j（三）计算机量化细分为减少计算机运算时间,采用软件查表，细分速度 比硬件慢，主要用于静态 测量中。200细分7 10。k=-u71第1卦限，x=k第3卦限，x=50+k第5卦限，x=100+k第7卦限，x=150+k 第2卦限，x=50-k 第4卦限，六100-攵 第6卦限，六150-攵 第8卦限，六200-攵7.信号细分与辨句也路I 7.2平衡补偿式细分基本原理0一A比较器 X.F7不为系统模拟输入量,可为长（角）度，也可为幅值，相位，频率等X。为系统输出量，是数字代码，代码多是脉冲教计数案具有积分作用xo 1（为前债环节的灵敏度 除=；=下为细分教尸为反债环节的灵敏度 17.信号细分与辨句也路,7.2平衡补偿式细分77.1相传艮踪细分感应同步器W正弦绕组e-es+ec二小2 兀x 2tlxsin-cos cot+kUg cos-sin cot-kU sin（G，+）W m 皿 m J77.信号细分与辨向电路7.2平衡补偿式细分7.2.1相传跟踪细分(-j原理mSin(a+g)o-*放大 整形鉴相电路中4移位脉冲门相对相位基准 分频器移相脉冲显示电路%变化-4变化g-qI增加且大于相传门槛值时 移向腺冲门打开一年变化一峰一即臧小当用一弱小于门槛值时一关闭移句脉冲门移句脉冲数代表被测量。相对相传基准既是反债环节、又是细分机构、分频教等于细分教7.信号细分与辨句也路,7.2平衡补偿式细分7.2.1相传艮踪细分（二）鉴相电路问题：没有迟滞，会来回振荡5 J 一|巧 J|(J-I_I _L ud J|-I5 口 Uc4Fx%Uc巧位移信号Ud为相位补偿信号a是为辨向参考信号它是Ud的僖频信号a-LTLTLTLr a-LTLTLTLrDg t U Dg1 T UDg 11 11 Dg 口 口2-2 么 么Fx F根据中4输出对应的脉宽信号4根据q与4的导前、滞后，确定滑 尺移动方向,输出心或工7.信号细分与辨句也路,7.2平衡补偿式细分77.1相传艮踪细分引入迟滞，只有q信号 延续一定时段才有输出（二）基相电路Uj J LJ I_41 I_h_ri_rh_rLrDgFIj bdg；an nq J I_ L Ud_r_L_r_Lf/ciJi_nLn_ri iDgi i I IDg2 Li ban nFx_利用Uj和Ud的延时信号Uj、只有当Uj与Ud的相位差 超过一定时F艮才有脉宽信号4输出7.信号细分与辨向电路,7.2平衡补偿式细分7.2.1相传跟踪细分mSin(&+q)o依 移相脉冲移位脉冲门显示电路7.信号细分与辨句也路7.2平衡补偿式细分7.2.1 相传跟踪细分（二）相对相传基准和移相脉冲门 ihiihii叫叫叫叫叫叫b）正常分频C）减脉冲d）使必延后e）加脉冲减脉冲III 唧 IIWWWWWW;冲D使4前移7.信号细分与辨向电路 _7.2平衡补偿式细分谓:黑慝管出17.2.1 相传跟踪细分fo（二）相对相住基准和移相脉冲门移相脉冲门t/xo心=0：Dg2关闭，减脉冲bx=1：Dg2开启，脉冲数加倍7.信号细分与辨向电路7.2平衡补偿式细分7.2.1相传跟踪细分工7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分7.2.1相传艮踪细分（三）测量速度由于在一个软波周期仅有一次比相，动去测量时（指在部件移动过程中就要读出它的住移）,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伍角的变化不超过一 个细分脉冲当量，即v WV /Hn7.信号细分与辨句也路,7.2平衡补偿式细分7.22相传艮踪细分（三）测量速度静志测量时（指移动部件停止运动后才读教）,尽管 在传感器住移时会发生超过一个脉冲当量的误差，但 是，一旦传感器在测量位置停下，经过一段时间，就 能读得合孑精度要求的测量数据。传感器反向运动时,Ud超前于巧，相对相住基准停止进脉冲，的-耳多大，么脉宽就多宽，使相对相住基准少进相应的脉冲教，使为后延，直到达到的二4。故反向运动时系统有很强 的跟踪能力。7.信号细分与辨向电路7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分7.2.1相传跟踪细分A移相脉冲门t/xo7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分7.2.1相传艮踪细分(，测量速度正向运动时g滞后于4，左么=1期间以加僖的速度进脉冲，只用一率的时间就提前翻将，一个周期内只能使A6=q-4减 小至A6/2。第二周期又产生Aa相传差广大为(A6/2)+A仇 经 跟踪鼠下(A72+A例/2；第三周期又产生A。经跟踪曾下A%(A72+Aa/2；最终相佳差广大为1 1A/=A6+-A6+-A6261 2 27.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分7.2.1相传艮踪细分霆%器根据相位差输出落在a的高电平还是低电平辨向，鉴相范围为兀/2Uj JI_II_ Ud J|_ a-LTLTLTLr dgi-U UDg25 _n_n_Fx_L_FLTrLTLTLJ-T U_n_n_A。超过鉴相器的鉴相范围兀/2就要将4超前误判为滞后，从而丢失整个节距,即失步。为此要求e=2m/r/w=2tiv(f+v/W)W2tiv 71-一JW+v 4v/W/77.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分4 7.2.2幅值跟踪细分-w-I Bl us=Um sin 6 sino/y7 工 工正弦绕组2tlx 2je=k、(Um sm cos t/m cos sinW W=左 sin(4 一4)cos cot V 111 J U定尺W=2mm=Um cos q sin cot 余弦绕组ix 2tcx)cos cot-kym sin(-4)cos cot7 w i7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分,7.2.2幅值跟踪细分e-kNum sin（q-0d）cos c ote超出门槛电平就改变为，使减小，包跟踪名的变化 感应同步器供电电压的变化靠函数变压器实现7.信号细分与辨句也路,7.2平衡补偿式细分,7.2.2幅值跟踪细分N2T,.7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分722幅值跟踪细分为了实现n细分,变压器需要个抽头。为臧少抽头简化 供也方式。及用变形正余弦激磁也压后后半周期，输出 信号e支号，需要在辨句中注意。c）变形正弦d）变形余弦前半周期e=kvum sin（q-0d）cos cot后半周期e 左网 sin（q d）cos M7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分,7.2.2幅值跟踪细分为此一步减少抽头，把180。先按由18。等分为10份,再把18。按住1.8。等分为10份，令=Aa+5万sin 0d=sin(Aa+B/3)=cos B/7(sin Aa+cos Aa tan 坳)cos 0d=cos(Aa+B/3=cos B/?(cos Aa-sin Aa tan B明 因为3代(0-9)xl.80=0。16.2。，cos的 1-0.963。正余弦励磁也压同时增大不影响平衡位置sinq=sin Aa+cos Aa tan B(/)cos 0d=cos Aa-sin Aa tan B(/)7.信号细分与辨向6路,7.2平衡补偿式细分7.2.2幅值跟踪细分N2i=N sin。x 18)4444 10kHz4 不正余弦变压器Ni(A：C?凶2z0 123456789N2i=N cos(zxl8)正切变压器0123456789)t2*7.信号细分与辨向电路,7.2平衡补偿式细分7.2.2幅值跟踪细分uso=uSD+uDO=Um sin cot cos Aa tan B/3+Um sin cot sin Aa=Um sin 耳 sin cotuco-uCE+uEO-Um sin cot sin Aa tan B/3+Um sin cot cos Aa-Um cos 3d sin cotT,.7.信号细分与辨向电路kvum sin（q 4）cos cot（0 仇 兀）-kyum sin（q%）cos cot（兀 仇 2兀）J前后节距利用切换计数器的正反溢出脉冲辨别。2=01弘前节距，2=1，2=反后节距，Q=0,2=叱7.信号细分与辨句也路7.2平衡补偿式细分7.2.2幅值跟踪细分b）反向运动波形7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分Q 7.2.3脉冲调宽型幅值跟踪细分 调宽脉冲波的波形分析-2tt F 0 4 兀 271 t-271 F 也 0%兀 2ti cot iC_el_ n mm.-2ti-7i/0 7i 2n cot-2n d/I一(/%)纥 弋-)Ida)非对称波 b)对称波7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分 7 77.3脉冲调宽型幅值跟踪细分 调宽脉冲波的波形分析tj 00 277(1)非对称发 4=3d+Zsin匕“cos nc ot 兀=i mtU.TC n 2U./兀八、uc=(-4)+Xsin n(-q)cos nc ot 7i 2 n=i mt 2基波分量%=(2t/m/jt)sind cos g%uci=(2Um/克)cos 0d cos co tWsPk在定尺上感应的电动势e=k、2Um兀sin(q 4)sin，7.信号细分与辨向电路7.2平衡补偿式细分7.2.3脉冲调宽型幅值跟踪细分调宽脉冲波的波形分析对称波11 004=邑4+兀 n=必sin而d cos 匆-区7100 2U3d+V-sin n3d cos(+&)1=i 加 1为偶教时,w=0为奇数时，/=m sinn/cosnc ot n=l 72 JT00 4。n=2 sinn(-3d)cos notn=72 IT 27.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分Q 7.2.3脉冲调宽型幅值跟踪细分基波分量 usl=(4t/m/ji)sin 0d cos cd t“cl=（44/n）COS 久 COS 69%wsl忆在定尺上感应的也动势4。e=k、sin（4 4）sino%兀（7.信号细分与辨向电路a）对称展宽b）非对称展宽7.信号细分与辨向电路e未超门槛，Md=o,Df2、Df4四分频 Ua=Ub=Qae超出门槛，4=1Df2、Df4停翻如bx=h来一个%,Qi改变一次状态,以 提前发生变化，会 不变，之滞后如乙=0,来一个%,03改变一次状态,4 提前发生变化，Q1 不变，滞后7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分4 7.2.3脉冲调宽型幅值跟踪细分人 wuwwwww 二分频 _n_n_n_n_n_TLn_nLn 四分频%_ _&=1 0 I I,4 I03=0 UB。2少翻。4少翻小提前翻为延迟翻b）波形图7.信号细分与辨句也路,7.2平衡补偿式细分4 7.22脉冲调宽型幅值跟踪细分非对称脉宽组合电路A7.信号细分与辨句也路7.2平衡补偿式细分7.2.3脉冲调宽型幅值跟踪细分o-qo-5,21正与门o+UsO-43I负与门qU；o21。+Uc o-D-a）正弦励磁电路图 _U2仇Dg4-b）余弦励磁电路图LL。2-1L7.信号细分与辨句也路 7.2平衡补偿式细分7.23频率跟踪细分锁相僖频细分优点:结构较简单，细分数高的，对信号失真度无严格要求。缺点:为有差系统,对输入信号的角频率的稳定性要求高,不能辨向。主要用于也完僖频和回转部件的角度与传动比等的测量，这 时比较冬易保持/接近恒定。7.信号细分与辨向电路7.2平衡补偿式细分7.2.3频率跟踪细分锁相僖频细分R3 02|CC4046之于思考题与习题 7-1 7-3 7-5