信號細分與辨向電路

1、1直傳式細分 信號細分電路概念：信號細分電路概念： 2 信號細分電路又稱插補器，是采用是采用電路電路的手段對的手段對周期性的測量信號進行周期性的測量信號進行插值插值提高儀器分辨力。提高儀器分辨力。 隨著電子技術的飛速發(fā)展，細分電路可達到的分辨率越來越高，同時成本卻在不斷降低，電路細分電路細分已經成為人們提高儀器分辨率的主要手段之一已經成為人們提高儀器分辨率的主要手段之一。3 信號具有周期性，信號每變化一個周期就對應著空間上一個固定位移量。 細分電路在機械和電子等領域有著廣泛的應用主要主要針對測控系統(tǒng)中應用廣泛的針對測控系統(tǒng)中應用廣泛的位移位移信號信號 這類信號的這類信號的共同特點共同特點是：是

2、：電路細分原因：電路細分原因： 4 測量電路通常采用對信號周期進行計數的方法實現對位移的測量，若單純對信號的周期進行計數, 則儀器的分辨力就是一個信號周期所對應的位移量。為了提高儀器的分辨力，就需要使用細分電路。細分的基本原理：細分的基本原理：5 根據周期性測量信號的波形、振幅或者相位的變測量信號的波形、振幅或者相位的變化規(guī)律化規(guī)律，在一個周期內進行插值，從而獲得優(yōu)于一個信號周期的更高的分辨力。細分電路的分類：細分電路的分類：6按工作原理，可分為直傳式細分和平衡補償式細分。 按所處理的信號，可分為調制信號細分電路和非調制信號細分電路。7xi x1 xo K1 K2 Kmx1 x2直傳式細分電路

3、由若干環(huán)節(jié)串聯而成。 輸入量：來自位移傳感器的周期信號，以一對正、余弦信號或者相移為900的兩路方波最為常見。 輸出量：有多種形式，有時為頻率更高的脈沖或模擬信號，有時為可供計算機直接讀取的數字信號。 中間環(huán)節(jié)完成從輸入到輸出的轉換，常由波形變換電路、比較器、模擬數字轉換器和邏輯電路等組成。各環(huán)節(jié)依次向末端傳遞信息直傳的意思。系統(tǒng)靈敏度：系統(tǒng)靈敏度：8mjjjxKxKx1sisoKsj xo對xj的靈敏度, Ksj=Kj+1Km msKKKKK.321 電路結構屬于開環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)總的靈敏度(也稱傳遞函數) Ks為各個環(huán)節(jié)靈敏度Kj(j=1m)之積。 如果個別環(huán)節(jié)靈敏度Kj發(fā)生變化，它勢必會引起

4、系統(tǒng)總的靈敏度的變化。此外，由于干擾等原因，當某一環(huán)節(jié)的輸入量有增量 時，都會引起輸出量xo的變化，此時：jx直傳系統(tǒng)特點：直傳系統(tǒng)特點：9 直傳式系統(tǒng)信號單向傳遞，故越在前面的環(huán)節(jié)，其輸入變動量所引起的xo的變動量越大。因此要保持系統(tǒng)的精度必須穩(wěn)定各環(huán)節(jié)的靈敏度，特別是減少靠近輸入端的環(huán)節(jié)的誤差。缺點：缺點：直傳系統(tǒng)抗干擾能力較差，其精度低于平衡補償系統(tǒng)。 優(yōu)點：優(yōu)點：直傳系統(tǒng)沒有反饋比較過程，電路結構簡單、響應速度快，有著廣泛的應用。 10典型的直傳式細分電路典型的直傳式細分電路11四細分辨向電路電阻鏈分相細分微型計算機細分只讀存儲器細分 輸入信號：具有一定相位差(通常為90)的兩路方波信

5、號。 細分的原理：基于兩路方波在一個周期內具有兩個上升沿和兩個下降沿，通過對邊沿的處理實現四細分。 辨向：根據兩路方波相位的相對導前和滯后的關系作為判別依據。 12四細分辨向電路是最為常用的細分辨向電路。單穩(wěn)四細分辨向電路單穩(wěn)四細分辨向電路13 原理： 利用單穩(wěn)提取兩路方波信號的邊沿實現四細分。14DG7&UO1DG5UO2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA1BBBAAAABBB1圖7-2 單穩(wěn)四細分辨向電路 AABB15ABABUo1Uo2a)ABABUo1Uo2b) 電阻鏈分相細分是

6、應用很廣的細分技術，主要實現對正余弦模擬信號的細分。 工作原理：將正余弦信號施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的接點上得到幅值和相位各不相同的電信號。這些信號經整形、脈沖形成后，就能在正余弦信號的一個周期內獲得若干計數脈沖，實現細分。 1617 設電阻鏈由電阻R1和R2串聯而成，電阻鏈兩端加有交流電壓u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost 。)/(cos)/(sin211212RRtRERRtREuo u1 u2uo u2 R1R2uou1211RRER212RRER)/(212221RRRREUom)/arctan(21RR 輸出電壓的幅值與相位都與R1和R2的比值有關。 不同相的輸出

7、電壓信號經電壓比較器整形為方波，然后經邏輯電路處理即可實現細分。1836o108o18o0o162o90o54o72o144o126o56k33k18k24k18k24k56k33k24k33k56k18k33k24k18k56k12k12k123564131211981065411312118910EsintEcost-Esint-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N= = 1= = 1= = 1= = 1= = 123= = 1= = 1= = 1UR電阻鏈五倍頻細分電路比較器191231311131211356481098104 Esint五倍頻細分電路的波形優(yōu)點:

8、 具有良好的動態(tài)特性，應用廣泛。缺點: 細分數越高所需的元器件數目也成比例地增加，使電路變得復雜，因此電阻鏈細分主要用于細分數不高的場合。2021 微型計算機具有豐富的運算和邏輯功能，它可用來完成細分，從而簡化儀器電路（硬件）結構，增強儀器功能，提高儀器精度。221 2 3 4 5 6 7 8u1u2b) 卦限圖 兩路原始正交信號u1=Asin和u2=Acos作為輸入。微機通過判別兩信號的極性和絕對值的大小，實現8細分。辨向電路可逆計數器數字計算機Acos 過零比較器/#/# 顯示電路a) 電路原理圖Asin23卦限u1的極性u2的極性|u1|、|u2|大小1+|u1|u2|2+|u1|u2|

9、3+|u1|u2|4+|u1|u2|5|u1|u2|6|u1|u2|7+|u1|u2|8+|u1|u2|24 在一個卦限內，按信號絕對值比值大小，還可以再實現若干細分。|cos|sin|tan|21uuAA或|sin|cos|cot|12uuAA1 2 3 4 5 6 7 8u1u2b) 卦限圖 在1、4、5、8卦限用|tan|，在2、3、6、7卦限用|cot|。上述卦限中的|tan|或|cot|值都在0到1之間變化，因而可用00450間的|tan|值來表示。這樣，在計算機中固化一個表，如果每卦細分數為N，則用N個存儲單元固化00450間N個正切值。兩信號|u1|、|u2|的比值可按：25 例

10、如N=25，經8細分后的每個卦限再被細分成25份，微機在此表中查詢與已算得的|tan|值或|cot|值最接近的存儲單元，如果該存儲單元是正切表的第k個單元，則相位角對應的細分數x由下列公式決定：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然后計算x對應的被測量，也就實現了細分。優(yōu)點： 26 這種細分方法由于還需要進行軟件查表，細分速度慢，主要用于輸入信號頻率不高或靜態(tài)測量中。)/arctan(21uu)/arctan(12uu 利用判別卦限和查表實現細分，相對來說減少了計算機運算時間，若直接算反函數 或 要花更多的時間；通過修改程序和正切表，很容易實現高的細分數。n缺點： 27只讀存儲器減計數鎖存器周期計數器邏輯控制器AsinAcosXY細分鎖存器加減信號發(fā)生 器加/#/#D0D6D7D8D9. 只讀存儲器細分是微型計算機細分的發(fā)展，旨在解決微機細分中軟件查表速度慢的問題，改軟件查表為硬件查表。280 128 255XY255128 圖7-10 模/數轉換結果與對應角度的關系 )128(128128arctg)128,128(23)128,128(2)128,128