基于光栅微位移检测电路系统的研究(3)

目前莫尔条纹细分法主要有以下几种：

（１）机电细分算法

光

栅

信

号ｌ苎奎卜一臣卜

Ｆｉｇｕｒｅ２－３自整角辅助圆ＵＡＭ机光栅ＵＢＭ图２－３机电细分不恿图Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍ

机电细分法总体框图如图２．３所示【２４】，通过将光栅尺输出相位差为９０。的原始电信号阮、％，经过功率放大器放大后，加到一台自整角机上，再由自整角机直接带动一个圆的辅助光栅尺旋转。在这种情况下，光栅尺移过一个栅距，其输出电信号％、％，变化一个信号周期，使自整角机转过３６０。，辅助圆光栅旋转

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第２章光栅位移传感器

Ｉ！

一周。如果光栅尺的刻线数为ｌＯＯＬ／ｍｍ，即栅距为１０∥ｍ，如圆辅助光栅在圆周刻有１００线，即旋转一周输出１００个周期的信号，则辅助圆光栅的脉冲当量为１０∥ｍ／１００＝０．１∥ｍ，达到了很高的分辨率。

缺点：机械结构复杂，开发成本高。

（２）电阻链细分法

图２．４电阻链细分示慈图

Ｆｉｇｕｒｅ２－４Ｒｅｓｉｓｔｏｒｃｈａｉｎｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍ

这种方法的实质是利用电阻衰减进而实现细分，这种方法和机电细分方法均要求光栅尺输出的信号沈、％是没有整形的正弦波信号。电阻链细分的电路如图２．４所示【２５，２６１，将光栅尺输出相位差９０。的电信号Ｕａ＝Ｕｒｎ＊ｓｉｎ秒和Ｕａ＝Ｕｒｎ＊Ｃ０５伊按具体要求放大，然后将此信号通过由ＲＩ＇－Ｒ６电阻构成的分压限１～Ｒ６为等值电阻）电路，在每条分压支路上触发过零比较电路，过零比较器的输出端得到相位差３０。的脉冲信号（过零比较电路由电压比较器，单稳电路等组成），即得到６倍频的信号，如果光栅尺的栅距为４∥ｍ，经过６倍频细分后脉冲当量４／６＜０．７／２ｍ。由于电阻衰减细分，对光栅尺输出信号进行足够的放大是十分重要的，应用时必须．１１．

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黑龙江大学硕士学位论文

足够重视。

优点：环境适应能力强。

缺点：细分倍数不高，随之细分倍数增加，误差值也在增加。

（３）频率调制细分法

利用光栅读数头的正弦、余弦信号去调制高频载波，然后将带有光栅位置信息的己调波进行锁相倍频Ｎ倍，再利用脉冲同步对减法器减去载频的Ｎ倍，从而得到光栅位置的累积脉冲数，然后在数显电路中进行显示［２７１。

优点：细分数大、精度高。

缺点：电路复杂、对波形及正交性要求严格。

（４）硬件细分算法

以传统四倍频硬件细分为例，光栅传感器输出两路经过波形整形并且相位相差为９０。的方波信号ＵＡ、ＵＢ如图２—５所示，依据相位中存的９０。差异，使用硬件电路实现将一个周期的光栅信号实现四倍频处理ｆ２８，２９，３０１。

ＵＡ厂］厂］厂］厂］厂］ＱＡｌ

ＱＢｌ

Ｏｈ２

ＯＢ２

ｏＩ玎ＵＢ］厂］厂］厂］厂］厂几ｒ］ｎ几厂］ｎｒ］ｒ］几几几几ｒ］ｒ］ｒ］ｒ］ｒ］ｎ几ｒ］ｒ］几ｒ］ｒ］ｒ］ｎｒ］ｎ几几ｆ１１ｎｎ几厂］几ｒ］几ｒ］ｎ

图２．５硬件四倍频细分算法

Ｆｉｇｕｒｅ２－５Ｆｏｕｒｆｏｌｄ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｈａｒｅｗａｒｅ

四倍频细分算法是目前较成熟的算法之。，其特点是设计结构易实现，但不足之处在于算法的精度与硬件关系紧密，随着算法精度的提升，硬件电路数量会呈线性增加，由此带来的系统检测建立时间，保持时间的问题会反馈制约算法的

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第２罩光栅位移传感器

提升，这也是传统检测及细分电路实现八倍频细分的难点所在，本设计便是在此基础上做进一步研究，通过研究提出一种实现检测八倍频细分方法，具体的实现方法将在下面的章节中做出重要的阐述。

（５）软硬件结合细分法

此种方法依赖Ａ／Ｄ转换器的转换精度，在正弦值的（刀万．刀∥，甩Ｊｒ＋：ｒ／４）区域范围内正弦分辨率比较低，Ａ／Ｄ转换器转换对应相角的分辨率大打折扣‘３１１。２．６莫尔条纹计数原理

本文采用的八倍频细分技术在检测过程中，光栅传感器输出四路相位相差为４５。的方波信号沈、册、Ｕｃ、Ｕｄ，如图２．６所示。在一个周期内的检测出光栅的变化信号的八次变化（八倍频），同时根据光栅每次的变化判定出光栅的移动方向

【３２１，具体实现过程，与光栅信号沈、叻、沈、砌有以下关系：

Ｕａ厂———］

Ｕｂ厂———］

ｕｃ厂———］

Ｕｄ厂———］

ｏＩ丌Ｉ几几几几几ｒ］几ｎ几

光栅反向运动

图２－６光栅传感器移动示意图

Ｆｉｇｕｒｅ２－６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓ厂Ｕａ厂———］Ｕｂ厂———］ｕｃ厂———］ｕｄ厂———］厂ｏＩ玎：厂］几ｒ］门几几厂］几ｒ］光栅正向运动ｍｏｖｉｎｇ

（１）当光栅正向移动时，光栅输出Ｕａ相信号的相位滞后Ｕｂ相信号４５。，光栅输出Ｕａ相信号的相位滞后沈相信号９０。，光栅输出Ｕａ相信号的相位滞后Ｕｄ相信号１３５。，则在一个周期内，两相信号共有八次相对变化：００００－－－０００１－－００１１一０１１ｌ—１１１１一１１１０一１１００－－，－１０００－＊－００００，产生八个脉冲信号。这样，如果每发生一次变化，计数器便实现一次加法计数，一个周期内共可实现八次加法计数，从

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而实现正转状态的八倍频计数。

（２）当光栅反向移动时，光栅输出Ｕａ相信号的相位超前叻相信号４５。，光栅输出Ｕａ相信号的相位超前Ｕｃ相信号９０。，光栅输出Ｕａ相信号的相位超前Ｕｄ相信号１３５。，则一个周期内两相信号也有八次相对变化：００００—１０００ｌ１００—１１１０—１１ｌｌ一０ｌｌｌ一００１１－－＂－０００１＂－－－０００１，产生八个脉冲信号。同理，如果每发生一次变化，计数器便实现一次减法计数，在一个周期内，共可实现八次减法计数，就实现了反转状态的八倍频计数。

２．７本章小结

本章主要介绍光栅，光栅的发展，光栅式传感器的特点和测量原理、莫尔条纹原理、细分技术以及计数方式。莫尔条纹是一切计量光栅位置检测系统的基础，计量光栅技术本质上就是莫尔条纹检测技术。在阐述莫尔条纹的重要性后，重点对比了当前的几种细分算法，明确本文使用的八倍频细分算法。

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第３章系统硬件设计

第３章系统硬件设计

３．１系统功能特点

光栅微位移测量系统将实现栅线密度范围在ｌＯＯＬ／ｍｍ－２００Ｌ／ｍｍ，光栅倾斜角范围在０．１０￣ｏ．５。的光栅式传感器输出信号的八倍频细分、辨向、计量、显示功能。硬件实体部分，主要具有以下几个部分。

数据采集：此模块也称为信号输入模块，主要是将光栅信号进行八细分后送入控制器进行脉冲计数，并根据控制器发出的控制信号进行数据处理。

结果显示与指示：配合光栅输入信号的当前状态加以指示，并将经过运算和处理以后的数据 …… 此处隐藏：940字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……