一种光栅信号细分鉴向算法的分析及实现.pdfVIP

第 33卷第 2期 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 Vo1．33No．2 2012年 4月 JournalofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower Apt．2012 文章编号：1002—5634(2012)02—0140—04 一 种光栅信号细分鉴向算法的分析及实现 徐 吉 ，陈建明 ，梁 妍 ，高彦芳 ，宋鹏飞 (1．华北水利水电学院，河南 郑州 450011；2．南方 电网公司贵州省修文县供 电局，贵州 贵阳550200) 摘 要：针对传统光栅细分鉴向电路反应速度低、电路复杂等问题，提出了一种新的逻辑电路的实现方法．通 过对一种光栅信号四细分鉴向算法进行深入的分析，最后采用VerilogHDL语言实现了该算法逻辑．经过理论 计算和仿真验证，该光栅信号四细分鉴向算法处理精度高、测量范围大，且实现其逻辑的电路简单、运行可靠． 关键词 ：光栅传感器 ；Verilog；四细分 ；鉴 向 光栅传感器广泛用于各种需精确测量位移 、角 就是测量光栅的输 出信号．如果指示光栅正向移动， 度的领域，如雷达、机器人、精密机械加工等．其基本 说明A信号超前 信号 1T／2；如果指示光栅反 向移 原理是将直线位移或角度变化用摩尔条纹表现 出 动，说明 信号超前A信号 叮『／2．由此根据A，B信 来 ，通过对摩尔条纹信号进行处理得到位移或角度 号的相位即可判断光栅 的移动方向 ． 的变化量． 直线移动一个栅距 ，A， 信号出现一个周期相 针对光栅信号细分及鉴 向的算法有很多，各种 位差．当指示光栅连续移动时，通过电路的转换将这 算法对精度及速度有不同的侧重．在实际设计中，要 一 正弦信号变成一连串脉冲输出，脉冲数 同光栅移 根据系统的需求选择相应的算法对光栅信号进行处 动的栅距数一一对应，移动位移量 理．所以对光栅信号细分鉴向算法的原理、算法性能 d=Ⅳ (1) 及实现 电路进行详细的理论分析及计算十分必要， 式 中：Ⅳ为栅距数量；W为栅距． 这也是指导实际设计 的一项重要依据．笔者对一种 2 光栅信号四细分鉴向算法设计 光栅信号细分及鉴 向算法做 了深入 的论证 ，并通过 仿真证 明其正确性． 2．1 光栅信号四细分算法 对光栅输 出信号进行细分，能在不增加光栅刻 1 光栅传感器工作原理 线密度的前提下，提高光栅的分辨率，此设计中对信 测量光栅 由两块刻线相同的光栅组成 ，长 的称 号采用四细分．只需对A， 两信号的上升沿和下降 为标尺光栅 ，短的称为指示光栅．当两块光栅做相对 沿分别进行提取即可实现信号 的四细分．信号边沿 移动时，摩尔条纹将连续移动，光栅每移动一个栅 提取过程如图1所示． 距 ，摩尔条纹将移动一个明暗周期． 用平行光透射出摩尔条纹 ，摩尔条纹一个 明暗 r_1 r_1 r_1 周期的透射光照在四路光电池上 ，根据光电转换原 厂_] n 厂] 理 ，透射光在光电池上产生四路相位相差 1T／2的光 厂_] r_] r_] 电流．使用两路 电压 比较器，将 四路相位相差 叮r／2 厂] r_]