辨向与细分电路
1.辨向电路无论测量直线位移还是测量角位移,都必须能够根据传感器的输出信号判别移动的方向,即判断是正向移动还是反向移动,是顺时针旋转还是逆时针旋转。但是,仅有一个光电元件的输出无法判别光栅的移动方向,因为在一点观察时,不论主光栅向哪个方向运动,莫尔条纹均作明暗交替变化。为了辨别方向,通常采用在相隔1/4莫尔条纹间距B的位置上安放两个光电元件,获得相位差为90o的两个信号,然后送到如图12.1.5所示的辨向电路进行处理。
图12.1.5 辨向电路
假设当主光栅向左移动时,莫尔条纹向上移动,两个光电元件分别输出电压信号U1和U2,如图12.1.6(a),经过放大、整形,得到两个相位差为的方波信号和。经反相后得到,、经过微分电路后得到两组电脉冲、,分别输入到与门、。对于与门Y1,由于处于高电平时,总是为低电平,故脉冲被阻塞,Y1输出为零;对于与门Y2,处于高电平时,也为高电平,故允许脉冲通过,并触发加减控制触发器使之置1,可逆计数器对与门Y`输出的脉冲进行加法计数。同理,当标尺光栅向右移动时,输出信号波形如图12.1.6(b)所示,与门Y2被阻塞,Y1输出脉冲信号使触发器置0,可逆计数器对与门Y2输出的脉冲进行减法计数。主光栅每移动一个栅距,辨向电路只输出一个脉冲。计数器所计的脉冲个数即代表光栅的位移。 2.细分电路光栅数字传感器的测量分辨率等于一个栅距。但是,在精密检测中常常需要测量比栅距更小的位移量,为了提高分辨率,可以采用两种方法实现:1)增加刻线密度来减小栅距,但是这种方法受光栅刻线工艺的限制。2)采用细分技术,使光栅每移动一个栅距时输出均匀分布的n个脉冲,从而得到比栅距更小的分度值,使分辨力提高到。细分的方法有多种,如直接细分、电桥细分、锁相细分、调制信号细分、软件细分等。下面介绍常用的直接细分方法。
图12.1.6 光栅移动时辨向电路各点的波形
直接细分又称位置细分,常用细分数为4,因此也称为四倍频细分。图12.1.7给出了一种四倍频细分电路及其波形。在上述辨向电路的基础上,将获得的两个相位相差90o的正弦信号分别整形和反相,就可得到4个相位依次为0°(S)、90o(C)、180o()、270o()的方波信号,经RC微分电路后就可在光栅移动一个栅距时,得到均匀分布的4个计数脉冲,再送到可逆计数器进行加法或减法计数,这样可将分辩率提高4倍。
图12.1.7 四倍频细分电路及波形
四倍频细分的优点是电路简单,对莫尔条纹信号的波形无严格要求,其缺点是细分数不高。采用电桥细分、调制信号细分、锁相细分等可有效提高细分数,有关细分电路请参阅其他资料。
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