光电检测技术及应用-第8章光电检测常用电路.ppt

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a)基本电路b)波形图c)数字式相位计d)输出特性图8-18异或门鉴相器如果时钟脉冲的频率为比相信号频率的n倍,则相位计的脉冲当量为360°/n,相位差异或门鉴相器的鉴相范围为,它不能鉴别相位超前或滞后,辨别相位超前滞后,需用辨向电路。四、脉冲调制信号的解调脉冲调制信号的解调主要有两种方式:(1)将脉宽信号U0送入一个低通滤波器,滤波后的输出U0与脉宽B成正比。(2)U0用作门控信号,只有当U0为高电平时,时钟脉冲Cp才能通过门电路进入计数器。这样进入计数器的脉冲数N与脉宽B成正比。两种方法均具有线性特性。四、脉冲调制信号的解调脉冲调频信号可以用图8-19所示的窄脉冲鉴频电路解调。但需要用单稳形成窄脉冲,因为只有在脉冲宽度恒定情况下,U0才与频率成正比。图8-19窄脉冲鉴频电路§8.3细分及辨向电路一、细分概述细分电路的功用是提高仪器的分辨率,同时使测量信号数字化。它的输入信号在其一个周期内常为模拟量,输出信号为数字脉冲。细分电路是一种模数转换器,或称为编码器。细分电路的主要技术指标有:与分辨率密切相关的细分数;细分精度;响应速度等。一、细分概述以光栅形成的莫尔条纹为例,在忽略高次谐波的情况下,光电元件输出的电压U和光栅位移x之间的关系为(8-19)(8-20)其中为光栅移动速度;d为栅距;U为电压幅值。当x从0增到到d时,光栅移过一个栅距,电压变化一个周期。一、细分概述为提高检测精度,采用电子细分技术,将每个周期分解为若干份,通过对每份的测量,使精度提高若干倍。由式(8-19)可知或即对位相进行n细分,实质上是对测量值x进行n细分。即(8-22)特别是,时,即对一个莫尔条纹进行n细分。在细分和辨向处理前对采集的信号进行滤波处理,一方面可以得到比较平滑的信号,以利于处理,另一方面可以改善莫尔信号质量,提高系统的测量精度。二、电子学细分1.直接细分直接细分又称四倍频细分,利用四个过零比较器(或微分电路)将获得的两路相位依次相差90°的莫尔条纹信号分别过零。图8-20四路细分二、电子学细分2.移相电阻链细分法该方法借助于电阻链中不同位置可以产生不同相位的正弦电压函数这一特点,获得n组相位差2n/R的M个正弦电压细分信号。图8-21串联电阻相移原理二、电子学细分幅值的不一致,可通过放大器来调整。在同一电阻上获取多组电位函数的方法叫作串联电阻相移法,这种方法的缺点是,电阻细分需要从输入信号中消耗一定的功率,细分数越大,消耗的功率也越大,电路元件也成倍增加,致使移相细分电路变得复杂,因而细分数就会受到相应的限制,另外电阻细分对细分信号的波形、幅值和正交性都有严格的要求,否则会带来测量结果的误差,因此不适合于进行高倍数细分。二、电子学细分目前多采用并联电阻相移法.如图8-22所示,在每个电阻上,只采样一个信号,相互不影响,调整方便,并可获较高的精度。图8-22并联电阻相移原理二、电子学细分可供输出用于细分的n个正弦电压函数为:图8-23实用并联电阻相移细分电路二、电子学细分3.电平切割比较细分电平切割比较细分法又称为幅值切割比较法,将莫尔条纹变化产生的正弦信号进行幅值分割,形成比较电压U1,U2,…,-U1,-U2,…。图8-24幅值切割比较法该方法的最大缺点是正弦函数各点斜率不等,在拐点附近斜率大,细分间隔电位变化大,易于实施、而在极值附近斜率接近于零,细分间隔电位变化很小,易受干扰,不易实施。为克服上述缺点,有多种方法可对它进行改造。下面介绍一种近似三角波法实施细分。利用正弦函数和余弦函数

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