辨向與細(xì)分電路

1.辨向電路
　　無論測量直線位移還是測量角位移，都必須能夠根據(jù)傳感器的輸出信號判別移動(dòng)的方向，即判斷是正向移動(dòng)還是反向移動(dòng)，是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
　　但是，僅有一個(gè)光電元件的輸出無法判別光柵的移動(dòng)方向，因?yàn)樵谝稽c(diǎn)觀察時(shí)，不論主光柵向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，莫爾條紋均作明暗交替變化。為了辨別方向，通常采用在相隔1/4莫爾條紋間距B的位置上安放兩個(gè)光電元件，獲得相位差為90o的兩個(gè)信號，然后送到如圖12.1.5所示的辨向電路進(jìn)行處理。

　　假設(shè)當(dāng)主光柵向左移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋向上移動(dòng)，兩個(gè)光電元件分別輸出電壓信號U1和U2，如圖12.1.6（a），經(jīng)過放大、整形，得到兩個(gè)相位差為的方波信號和。經(jīng)反相后得到，、經(jīng)過微分電路后得到兩組電脈沖、，分別輸入到與門、。對于與門Y1，由于處于高電平時(shí)，總是為低電平，故脈沖被阻塞，Y1輸出為零；對于與門Y2，處于高電平時(shí)，也為高電平，故允許脈沖通過，并觸發(fā)加減控制觸發(fā)器使之置1，可逆計(jì)數(shù)器對與門Y`輸出的脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。同理，當(dāng)標(biāo)尺光柵向右移動(dòng)時(shí)，輸出信號波形如圖12.1.6（b）所示，與門Y2被阻塞，Y1輸出脈沖信號使觸發(fā)器置0，可逆計(jì)數(shù)器對與門Y2輸出的脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。主光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距，辨向電路只輸出一個(gè)脈沖。計(jì)數(shù)器所計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)即代表光柵的位移。
2.細(xì)分電路
　　光柵數(shù)字傳感器的測量分辨率等于一個(gè)柵距。但是，在精密檢測中常常需要測量比柵距更小的位移量，為了提高分辨率，可以采用兩種方法實(shí)現(xiàn)：1）增加刻線密度來減小柵距，但是這種方法受光柵刻線工藝的限制。2）采用細(xì)分技術(shù)，使光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)輸出均勻分布的n個(gè)脈沖，從而得到比柵距更小的分度值，使分辨力提高到。
　　細(xì)分的方法有多種，如直接細(xì)分、電橋細(xì)分、鎖相細(xì)分、調(diào)制信號細(xì)分、軟件細(xì)分等。下面介紹常用的直接細(xì)分方法。

直接細(xì)分又稱位置細(xì)分，常用細(xì)分?jǐn)?shù)為4，因此也稱為四倍頻細(xì)分。圖12.1.7給出了一種四倍頻細(xì)分電路及其波形。在上述辨向電路的基礎(chǔ)上，將獲得的兩個(gè)相位相差90o的正弦信號分別整形和反相，就可得到4個(gè)相位依次為0°(S)、90o(C)、180o()、270o()的方波信號，經(jīng)RC微分電路后就可在光柵移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，得到均勻分布的4個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，再送到可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法或減法計(jì)數(shù)，這樣可將分辯率提高4倍。

　　　　　　　　　　　　　圖12.1.7 四倍頻細(xì)分電路及波形　

　　四倍頻細(xì)分的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，對莫爾條紋信號的波形無嚴(yán)格要求，其缺點(diǎn)是細(xì)分?jǐn)?shù)不高。采用電橋細(xì)分、調(diào)制信號細(xì)分、鎖相細(xì)分等可有效提高細(xì)分?jǐn)?shù)，有關(guān)細(xì)分電路請參閱其他資料。