测控电路内科大老师上课7剖析.ppt

第七章 信号细分与辨向电路 概述 第一节 直传式细分电路 第二节 平衡补偿式细分电路 信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。 概述 信号的共同特点： 信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。 电路细分原因： 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电路。 概述 细分的基本原理： 根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。 辨向： 由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动，在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。 概述 分类： 按工作原理，可分为直传式细分和平衡补偿式细分。 按所处理的信号可分为调制信号细分电路和非调制信号细分电路。 第一节 直传式细分电路 由于Ks的变化和?xj的存在会使达到相同xo所需的xi值发生变化，即使细分点的位置发生变化。 缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于平衡补偿系统。 优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构简单、响应速度快，有着广泛的应用。 典型的细分电路 ☆ 四细分辨向电路 ☆ 电阻链分相细分 ☆ 微型计算机细分 ☆ 只读存储器细分 四细分辨向电路 输入信号：具有一定相位差(通常为90?)的两路方波信号。 细分的原理：基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分 辨向：根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据 单稳四细分辨向电路 原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分 HCTL-20XX系列四细分辨向电路 电阻链分相细分 主要实现对正余弦模拟信号的细分 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同的电信号。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获得若干计数脉冲，实现细分 1. 原理 图7-6 电压比较器一般接成施密特触发电路的形式，使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发电平，这个电平差称为回差电压。让回差电压大于信号中的噪声幅值，可避免比较器在触发点附近因噪声来回反转，回差电压越大，抗干扰能力越强。但回差电压的存在使比较器的触发点不可避免地偏离理想触发位置，造成误差，因此回差电压的选取应该兼顾抗干扰和精度两方面的因素。 优点: 具有良好的动态特性,应用广泛 缺点: 细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使电路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场合。 原始正交信号u1=Asin?和u2=Acos?作为输入 微型计算机细分 优点：利用判别卦限和查表实现细分，相对来说减少了计算机运算时间，若直接算反函数或，要化更多的时间；通过修改程序和正切表，很容易实现高的细分数。 缺点：这种细分方法由于还需要进行软件查表，细分速度慢，主要用于输入信号频率不高或静态测量中。 只读存储器细分 第二节 平衡补偿式细分 一、相位跟踪细分 1． 原理　 uj=umsin(?t+?j) （7-9） 　 um、? ——载波信号的振幅和角频率； ?j——调制相移角，?j通常与被测位移x成正比，?j=2?x/W，W为标尺节距。 2. 鉴相电路 鉴相电路要做三方面的工作： 确定偏差信号?j-?d是否超过门槛； 输出与偏差信号相对应的方波脉宽信号 确定?j与?d的导前、滞后关系，以确定滑尺移动方向，也就是辨向 3. 相对相位基准和移相脉冲门 4．测量速度 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 或 (7-10) 四、频率跟踪细分——锁相倍频细 跟踪误差: 锁相倍频器对输入信号的角频率的稳定性要求相当高，它能够对输入信号相位变化进行跟踪，但它是一个有差系统，当fi发生变化后，为使fo/n能跟踪fi的变化，必须要求压控振荡器的控制电压Uc发生变化，也就是说fi与fo/n之间存在不同的相位差，这就是跟踪误差。 优点: 结构较简单，易于实现高的细分数，对信号失真度无