细分辨向电路在线视频

大家好

今天我们讲第7章信号细分与辨向电路

在测控系统中

经常会利用记录具有周期信号的个数

来测量线位移和角位移的信号

为了提高仪器分辨率

需要对周期信号细分

同时要辨别位移的方向需要辨向

这就是细分辨向的意义

本节我们重点讲述直传式细分

中的四细分辨向电路

本节的学习目标为

1.能够理解信号细分与辨向的原因

2.能够分析

信号细分与辨向过程

在机械加工行业，经常会用到数控车床

数控车床的加工精度高

其中一方面原因就是因为在其

测量导轨上安装了光栅尺

光栅尺的分辨率高

从而使其测量精度可以很高

从而提高整个车床的加工精度

光栅尺由指示光栅和主光栅组成

当指示光栅和主光栅以一个很小

的夹角叠加在一起时

就会形成莫尔条纹

当指示光栅相对于主

光栅在水平方向上移动

一个栅距时

莫尔条纹在垂直方向上移动一个

莫尔条纹宽度

经过分析计算

可以近似得到莫尔条纹宽度B

约等于光栅栅距

除以指示光栅和主光栅夹角θ

因为θ很小

莫尔条纹宽度B会远大于光栅W

因此可见，莫尔条纹对测量

位移有放大的作用

我们用平行光束照射光栅尺

用光电池测量透光的光强

发现在一个莫尔条纹周期内

光强呈正弦信号变化

我们在相差四分之一周期的

地方安装两个光电池

就会得到两路正弦波信号

再利用比较电路

将正弦信号转换为方波信号

就会得到电相位相差二分之一π的

两路方波信号

到此时，我们知道，在转换成方波后

一个脉冲对应一个栅距

也就是此时的分辨率为一个栅距

如果我们想进一步提高分辨率

让一个脉冲对应四分之一的栅距

就需要将原来的一个脉冲细分为四个脉冲

这就是细分的目的

我们再分析为什么要辨向

通过此图的展示

我们发现只是光栅

不管左移还是右移

都会有脉冲输出

也就是说

我们通过一个脉冲输出信号无法

判断指示光栅的移动方向

那对应于机械测量中

我们就无法判断滑动导轨是左移还是右移

测量探头是上移还是下移

这就需要我们辨向

知道了细分辨向的原因

我们再来看方法

我们首先需要两路方波信号

这两路方波信号相位差二分之一π

也就是四分之一个周期

对两路方波的突变沿进行处理

一个周期有两个突变沿

提取四个突变沿

实现四细分

根据两路方波相位的相对

超前和滞后的关系

作为判断移动方向的依据

我们提取两路方波一个周期内的

两个上升沿两个下降沿

即可以把一个周期内脉冲分成4个脉冲

实现四细分

如果方波A超前B为正向移动

那么A滞后于B即为反向移动

实现辨向

接下来我们分析如何利用电路实现

细分与辨向，如图所示

电路为单稳细分辨向电路

经过观察可以发现，图中蓝色区域

电路结构是一样的

黄色区域电路结构是一样的

其中输入信号A和B即为相位差

二分之一π的两路方波信号

先分析蓝色区域电路

信号A经过非门DG₁后

变为A反

再经过由R₁C₁组成的

积分电路得到信号A₁反

A₁反相对于A反有一个小的延时

A₁反再于A相与得到信号A’

我们发现A’为A的

上升沿对应的窄脉冲

同理B’为B的上升沿对应窄脉冲

对于黄色区域电路

我们发现电路结构和刚才讲

的蓝色区域电路一样

只不过是输入信号

由原来的A

和B变为A反和B反

这样一来

经过变换后输出A’反

与A反的上升沿

对应脉冲及A的下降

沿对应窄脉冲

同理

B’反为B信号的下降

沿对应窄脉冲

我们再分析红色区域电路

两个红色区域电路DG₅

和DG₁₀为两个与或非门

输入到DG₅和DG₆的信号

两两相与，之后取或

最后取非，得到的两个

节点的波形如图所示

此时是A超前

我们发现

uo₁输出四细分的窄脉冲

uo₂输出高电平

在反向时也就是A滞后的情况下

我们发现此时uo₁输出为高电平

uo₂输出四细分的窄脉冲

这样我们通过获取四个突变沿的窄脉冲

实现了细分

通过uo₁与uo₂

输出信号的不同

实现了辨向

这样我们就可以提高数控车床的分辨率

从而提高加工精度

同时还可以辨别导轨和刀具的移动方向

最后对本节进行小结

我们首先分析了细分辨向的原因

然后通过单稳细分电路分析了

如何实现细分

如何实现辨向

最终实现信号的四细分辨向电路

因为此电路既可以实现细分

又可以实现辨向

所以在测控系统中得到了广泛应用

同学们可以课下思考编码的工作原理

以及如何实现细分辨向

本节就讲到这里，再见