正弦波细分电路的分析.pdf

青岛科技大学本科毕业设计（论文） 前言 波形变换以及细分与辨向是光栅、编码器、激光干涉类仪器等这类长度、位置、位移 检测仪器中对原始信号处理的一个必需环节。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，则仪器的分辨率就是一个信号周期 所对应的位移量。为了提高仪器的分辨率，就需要使用细分电路。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。信号细分电路又称插补器，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率。 细分电路是数字式几何量电测量仪的重要组成部分，也经常用于一些机械量电测量仪 中。它的功能是提高仪器的分辨率， 同时使测量信号数字化。细分电路的细分数越高， 仪器的分辨率也越高。 细分方法可分为光学细分、机械细分和电子学细分三大类，这其中的光学细分和机械 细分是纯粹靠硬件来实现的，随着细分倍数的增加，所需元器件数目也增加，工艺也越来 越复杂，这对于缩小仪器体积、控制成本、提高系统可靠性等都是不利的。而电子学细分 方法具有读数快，易于实现测量和数据处理过程的自动化，并能用于动态测量等优点，因 而得到了广泛应用。 近年来，随着计算机技术和测控技术的发展，细分电路的分辨率越来越高，细分几千 倍甚至上万倍已成为现实，并且成本越来越低，针对越来越高的细分倍数及精度要求，人 们从未停止过寻求新的细分途径，成为检测领域的一个重要研究方向。与此同时，许多高 性能数字器件的细分方法也随着电子产业的迅速发展而应运而生。 1 正弦波细分电路的研究 1.绪论 1.1 细分电路的研究现状及发展 现代科技的迅速发展，使人类进入信息化时代，信息技术对社会的发展起着决定性的 作用。细分电路按工作原理可分为直传式细分和平衡补偿式细分。通常来说，直传式细分 系统抵抗干扰能力差，并且其精度没有平衡补偿式细分系统高。但直传式细分系统没有反 馈比较过程，电路结构相对来说比较简单、响应速度快，有着广泛的应用。主要细分技术 有：直接细分、电阻链分相细分、电桥细分、微型计算机细分等，他们各有优缺点。 直接细分最常见的就是四倍频细分。细分的原理是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。辨向就是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。其优点是电路结构简单，响应速度快，转换时间短。 但对信号的相位差要求较高。 电桥细分是通过平衡电桥的原理来实现细分的，这种方法会消耗光栅信号的的功率， 并且细分数越大，消耗的功率越大，同时电桥细分对莫尔条纹信号的幅值、波形、正交性 都有极为严格的要求，因此电桥细分一般应用于细分数较小的场合。 电阻链分相细分是应用很广的细分技术。其工作原理是把正余弦信号加在电阻链两 端，在电阻的链接点上可以得到相位和幅值都不相同的电信号。这些信号经整形、脉冲形 成后，就可以在正余弦信号的一个周期内得到若干计数脉冲，实现细分。电阻链细分响应 速度比较快，延迟时间短，缺点是细分数越高所需的元器件数也越多，使电路变得越复杂。 由于直接细分、电桥细分与电阻链分相细分电路所用的元器件都为电阻与运放元器 件，所以响应速度较快，原始信号转换为倍频后的方波信号延迟时间较短。但电路比较复 杂，不易于得到较高的细分数，都只能运用在细分数不高的场合。 1.2 课题研究目的及意义 随着科学技术的发展，可以说测试技术与自动控制水平的高低，是衡量一个国家科学 技术现代化程度的重要标志，在众多的测试及自动控制技术中，都需要用到细分电路，目 前发达国家工业界对电路细分技术都非常重视，组织高级科研机构进行开发，电路细分技 术的发展关系到工业和国防的发展。因此，研究不同的电路细分方法正是本课题提出的目 的。 不仅如此，在分布于各个行业的大量机电系统的设计中，定位精度常常是最关键的性 能指标之一。在此类系统的设计中，当前主要使用电机作为驱动，在实际应用中，通常采 用四倍频的方法来提高电机定位精度，因此，结构简单、性能稳定、运行可靠的四倍频电 路，是电机电路的一个重要组成部分。 本文采