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1、2019/10/23,测控电路,测控电路教材编写组,2019/10/23,7. 信号细分与辨向电路,为什么要细分？ 提高分辨力 信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值提高仪器分辨力的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。 高分辨力是高精度的必要条件。,7. 信号细分与辨向电路,激光干涉仪,7. 信号细分与辨向电路,W,光栅测量装置,指示光栅,主光栅,受工艺和造价等限制,7. 信号细分与辨向电路,感应同步器,定尺,受工艺和允许电流限制,需要读出一个周期内的移动量:细分
2、,什么是辨向？ 辨向：辨别机构的移动方向 由A前进至C与由A后退至B信号变化情况相同 由E前进与由D后退信号变化情况相同 难以根据单一信号辨向,7. 信号细分与辨向电路,A,B,C,D,E,为了辨向常需要两路信号,7. 信号细分与辨向电路,7. 信号细分与辨向电路,无法根据两路相位差 或 的信号辨向， 相位差 的两路信号最可靠。,90,0,180,2019/10/23,7.1 直传式细分电路,7. 信号细分与辨向电路,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式（平衡补偿式）而言的，也因为它可以由若干细分环节串联而成,系统总的灵敏度Ks为各个环节灵敏度Kj (j=1m)之积
3、， 如果个别环节灵敏度Kj发生变化，它势必引起系统总的 灵敏度的变化。,x,i,x,1,x,o,K,1,K,2,K,m,D,x,1,x,2,7. 信号细分与辨向电路,7.1 直传式细分电路 (一）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。,单稳,7. 信号细分与辨向电路,7.1 直传式细分电路 (一）四细分辨向电路 辨向：如果A出现在B为负的半周期，则A滞后于B,正向运动；如果A出现在B为正的半周期，则A超前于B,反向运动。,7. 信号细分与辨向电路,7.1 直传式细分电路 (一）四细分辨向电路 正向： A出现在B为负的半周期 B
4、 出现在A为正的半周期 A出现在B为正的半周期 B 出现在A为负的半周期,反向： B 出现在A为负的半周期 A出现在B为正的半周期 B 出现在A为正的半周期 A出现在B为负的半周期,2019/10/23,7.1 直传式细分电路,(一）四细分辨向电路,7. 信号细分与辨向电路,2019/10/23,7.1 直传式细分电路,(一) 四细分辨向电路,7. 信号细分与辨向电路,2019/10/23,7.1 直传式细分电路,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
5、获得若干计数脉冲，实现细分。,7. 信号细分与辨向电路,a) 原理图 b)相量图,（二）电阻链细分,2019/10/23,7.1 直传式细分电路,电阻链五倍频细分电路,7. 信号细分与辨向电路,（二）电阻链细分,36,o,108,o,18,o,162,o,90,o,54,o,72,o,144,o,126,o,56k,33k,18k,24k,18k,24k,56k,33k,24k,33k,56k,18k,33k,24k,18k,56k,12k,12k,1,2,3,5,6,4,13,12,11,9,8,10,6,5,4,1,13,12,11,8,9,10,E,sin,t,E,cos,t,-,E,s
6、in,t,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,-,+,+,N,=,1,=,1,=,1,=,1,=,1,2,3,=,1,=,1,=,1,UR,36,o,o,o,o,18,54,72,90,108,144,126,162,o,o,o,o,o,o,180,还需要解决辨向问题，采取形成以72 为周期的两路方波信号的办法,o,2019/10/23,7. 信号细分与辨向电路,7.1 直传式细分电路,（二）电阻链细分,电阻链五倍频细分电路,通过一定逻辑组合，获得五倍频正余弦信号，送入四细分辨向电路，实
7、现20细分辨向,2019/10/23,7. 信号细分与辨向电路,7.1 直传式细分电路,（三）计算机量化细分,a） 电路原理图,辨向电路,可逆计数器,数字计算机,Acos,过零 比较器,/#,/#,显示电路,Asin,一周期内绝对码信号,整周期计数,周期内细分,7. 信号细分与辨向电路,7.1 直传式细分电路,（三）计算机量化细分,1、4、5、8卦限,2、3、6、7卦限,7. 信号细分与辨向电路,7.1 直传式细分电路,（三）计算机量化细分,1 2 3 4 5 6 7 8,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,200细分,为减少计
8、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。,第2卦限， x=50-k 第4卦限， x=100-k 第6卦限， x=150-k 第8卦限， x=200-k,7.2 平衡补偿式细分,7. 信号细分与辨向电路,基本原理,为系统输出量,是数字代码,代码多是脉冲数 计数器具有积分作用,为前馈环节的灵敏度,F为反馈环节的灵敏度,为系统模拟输入量,可为长(角)度,也可为幅值,相位,频率等,为细分数,感应同步器,相对相位基准既是反馈环节、 又是细分机构、分频数等于细分数,（一）原理,Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx,Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx,(二）鉴相电
9、路,Uj位移信号 Ud为相位补偿信号 Uc是为辨向参考信号 它是Ud的倍频信号,(1)根据j-d输出对应的脉宽信号Ux; (2)根据j与d的导前、滞后，确定滑 尺移动方向，输出Fx或Fx,问题：没有迟滞，会来回振荡,(二）鉴相电路,引入迟滞，只有j-d信号 延续一定时段才有输出,利用Uj 和Ud的延时信号 Uj 、Ud ，只有当Uj与Ud的相位差 超过一定时限才有脉宽信号Ux输出,(二）相对相位基准和移相脉冲门,a) 时钟脉冲,b) 正常分频,c) 减脉冲,d) 使d延后,e) 加脉冲,f) 使d前移,加脉冲,(二）相对相位基准和移相脉冲门,Ux=0: DF正常二分频,Ux=1: DF不工作，
10、输出1,Fx=0: DG2关闭，减脉冲,Fx=1: DG2开启，脉冲数加倍,(三）测量速度 由于在一个载波周期仅有一次比相，动态测量时（指在部件移动过程中就要读出它的位移），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位角的变化不超过一个细分脉冲当量，即,(三）测量速度 静态测量时（指移动部件停止运动后才读数），尽管在传感器位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，就能读得合乎精度要求的测量数据。传感器反向运动时，Ud 超前于Uj，相对相位基准停止进脉冲，d-j多大，Ux脉宽就多宽，使相对相位基准少进相应的脉冲数，使Ud后延，直
11、到达到d=j。故反向运动时系统有很强的跟踪能力。,(三）测量速度 正向运动时Ud滞后于Uj，在Ux=1期间以加倍的速度进脉冲，只用一半的时间就提前翻转，一个周期内只能使 j-d减小至 /2。第二周期又产生，相位差扩大为(/2)+，经跟踪留下(/2+)/2；第三周期又产生，经跟踪留下+(/2+)/2；最终相位差扩大为,本鉴相器根据相位差输出落在Uc的高电平还是低电平辨向，鉴相范围为/2, 超过鉴相器的鉴相范围/2就要将Uj超前误判为滞后，从而丢失整个节距，即失步。为此要求,e超出门槛电平就改变d，使减小， d跟踪j的变化 感应同步器供电电压的变化靠函数变压器实现,为了实现n细分，变压器需要n个抽
12、头。为减少抽头简化供电方式。采用变形正余弦激磁电压后后半周期，输出信号e变号，需要在辨向中注意。,前半周期,后半周期,为进一步减少抽头，把180先按=18等分为10份，再把18按=1.8等分为10份，令dAB,因为B=(09)1.8=016.2，cosB=10.963。正余弦励磁电压同时增大不影响平衡位置,正余弦变压器,正切变压器,前后节距利用切换计数器的正反溢出脉冲辨别,D2=Q1Wx,cost为最大时发出的采样脉冲,前节距， 后节距，,e经倒相整形后的信号,调宽脉冲波的波形分析,调宽脉冲波的波形分析,(1)非对称波,基波分量,us1、uc1在定尺上感应的电动势,调宽脉冲波的波形分析,对称波
13、,n为偶数时， us=0,n为奇数时,us1、uc1在定尺上感应的电动势,基波分量,e未超门槛，Md=0, DF2、DF4四分频 UA=UB=Q4,e超出门槛, Md=1 DF2、DF4停翻,如Fx=1, 来一个Md，Q1改变一次状态,UA提前发生变化， Q3 不变，UB滞后,如Fx=0, 来一个Md，Q3改变一次状态,UB提前发生变化， Q1 不变，UA滞后,a）电路图,DG3,U22,Us,Uc,=1,&,1,=1,&,DG4,DG1,DG5,DG2,U1,U12,U2,U1,U2,A,d,d,2d,2d,非对称脉宽组合电路,U1,U12,U1,U2,U22,U2,Us,Uc,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。 主要用于电气倍频和回转部件的角度与传动比等的测量，这 时比较容易保持fi接近恒定。,思考题与习题,7-1 7-3 7-
