光柵信息處理及應(yīng)用

1、三、 光柵信息處理及應(yīng)用如前所述，當(dāng)兩光柵尺有相對位移時，光柵讀數(shù)頭中的光敏元件根據(jù)透過莫爾條紋的光強度變化，將兩光柵尺的相對位移即工作臺的機械位移轉(zhuǎn)換成了四路兩兩相差2的電壓信號，這四路電壓信號的變化頻率代表了兩光柵尺相對移動的速度；它們每變化一個周期，表示兩光柵尺相對移動了一個柵距；四路信號的超前滯后關(guān)系反映了兩光柵尺的相對移動方向。但在實際應(yīng)用中，常常需要將兩光柵尺的相對位移表達(dá)成易于辨識和應(yīng)用的數(shù)字脈沖量，因此，光柵讀數(shù)頭輸出的四路電壓信號還必須經(jīng)過進(jìn)一步的信息處理，轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)字脈沖形式。圖4-11給出了一種用于光柵信息處理的線路框圖。它由三個部分組成，即放大環(huán)節(jié)、整形環(huán)節(jié)和鑒向倍

2、頻線路。1、放大與整形放大與整形環(huán)節(jié)與一般系統(tǒng)中采用的原理及結(jié)構(gòu)無多大差別，主要是用以求得電壓與功率的圖4-11光柵信息處理線路框圖放大以及波形的規(guī)整。這里的放大環(huán)節(jié)主要采用的是差動放大器，以抑制各種共模干擾信號的影響及矯正因光柵尺和光柵讀數(shù)頭的機械誤差造成的光柵讀數(shù)頭輸出信號的相位誤差，經(jīng)過放大環(huán)節(jié)后，(其初相位分別對應(yīng)于圖4-11中的0，2，和32)四路電壓信號變成兩路，一路其初相位和頻率同一樣，一路同一樣，分別記為和 (對應(yīng)于圖4-11中放大環(huán)節(jié)輸出的0和2)。整形環(huán)節(jié)采用的是電壓比較器，其作用是將和轉(zhuǎn)換成同頻率同相位的兩路方波信號A和B(分別對應(yīng)于圖4-11中的sin和cos)，見圖4

3、-12。電壓比較器可選用LM311。圖 4-12 整形環(huán)節(jié)信號輸入輸出關(guān)系2鑒向倍頻顧名思義，鑒向倍頻線路的功能有兩個：一是鑒別方向，即根據(jù)整形環(huán)節(jié)輸出的兩路方波信號A和B的相位關(guān)系確定出工作臺的移動方向；二是將A和B兩路信號進(jìn)行脈沖倍頻，即將圖4-13鑒向倍頻線路框圖一個周期內(nèi)的一個脈沖(方波)變?yōu)樗膫€脈沖，這四個脈沖兩兩相距14周期。因一個周期內(nèi)的一個脈沖表示工作臺移動了一個柵距，這一個周期內(nèi)的四個脈沖中的每一個則表示了工作臺移動了14柵距，這樣就提高了光柵測量裝置的分辨率。圖4-13是鑒向倍頻線路的框圖，圖中實現(xiàn)四倍頻的線路如圖4-14所示，其波形圖見圖4-15。這種倍頻線路產(chǎn)生的脈沖信

4、號與時鐘CP同步，應(yīng)用比較方便，工作也十分可靠。在該四倍頻線路中，時鐘脈沖信號的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于方波信號A和B的頻率以減少倍頻后的相移誤差。此外，從圖4-15也可以看出，真正實現(xiàn)四倍頻，和還需要“或”起來，這將由鑒向線路來完成。圖 4-13 鑒相倍頻線路框圖圖4-14 四倍頻線路邏輯圖圖4-14 四倍頻線路波形圖圖4-16是鑒向線路圖，它實際上是由一個雙“四選一”線路所組成。雙“四選一”線路有專用的集成電路。如74LS153，其真值表見表4-2。圖 4-16 鑒向線路圖數(shù) 據(jù) 選 則 輸 出 ENB   ENA y 0    0 y=C00    1 y=C11    0 y=C21    1 y=C3表4-2 雙“四選一”線路真值表如果我們用1y表示正向脈沖輸出端，2y表示反向脈沖輸出端，根據(jù)雙“四選一”線路的真值表，可以得到1y和2y的表達(dá)式： （417） （418）由上式可畫出方波A滯后于B(即工作臺正向移動)和A超前于B(即工作臺反向移動)時波形圖如圖4-17所示。由圖中可以看出：工作臺正向移動時，在1y端輸出了一系列代表移動距離的數(shù)字脈沖，而2y端為低電平；反過來，工作臺反向移動時，1y端輸出的是低電平，而2y端輸出了一系列代表移動距離的數(shù)字脈沖