测控电路第七章信号细分与辨向电路

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1、第七章信号细分与辨向电路计量测试工程学院朱维斌信号细分电路概念：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。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。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

2、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。计量测试工程学院朱维斌7.1直传式细分细分电路直传式细分平衡补偿式细分：带反馈，可实现高细分数。xix1xoK1K2Kmx2x2x1K1、K2、‥‥Km为各个环节的灵敏度中间环节可能是波形变换电路、比较器或D/A等等。∴总的灵敏度：Ks=K1K2¨¨Km直传式系统抗干扰能力差，精度低于平衡补偿式，但是速度快，简单。越靠近输入端，越要做的精细。计量测试工程学院朱维斌一、四细分辨向电路要求：输入两路具有

3、90°相位差的方波信号。AB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。原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。DG3R1&A1DG1C1AVIVo1Vo2Vo典型的积分式单稳触发器稳态暂态A在上边沿的时候，进入暂态，触发一个在脉冲A稳定时：VI=0，Vo1=1，Vo2=1，Vo=0上升沿来：VI=1，Vo1=0，Vo2=1，Vo=1电容C1开始通过电阻R1放电，当电阻两端下降到VTH时，Vo=0，退出暂

4、态。阈值电平计量测试工程学院朱维斌正向运动单稳四细分辨向电路第1个过程：A上升沿的时候，A′产生一个窄脉冲。B=0，B=1，DG10、DG5为与或非门。Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。A下降沿的时候，A′产生一个窄脉冲。同样，Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。B上升沿的时候，B′产生一个窄脉冲。同样，Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。B下降沿的时候，B′产生一个窄脉冲。同样，Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。A′B′∴Uo1在正向运动时，插入了四个为零的计数脉冲，Uo2一直为高电平。计量测试工程学院朱维斌

5、反向运动反之：反向运动时，B在A的前面，这时在Uo2中输入了四个为零的计数脉冲，Uo1无输出，一直为高电平∴DG5——Uo1DG10——Uo2哪一个输出关系着辨向根据上述原理，已制成集成电路C5194、C5191计量测试工程学院朱维斌图为一单稳辨向电路，输入信号A、B为相位差90的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A导前B90、B导前A90的情况，画出A、Uo1、Uo2的波形。BDG5DG1ACARUo1Uo2&1&DG4&1DG2DG3可见，当A导前B90时，Uo1有输出，Uo2无输出，当B导前A90时，

6、Uo1无输出，Uo2有输出，实现辨向。计量测试工程学院朱维斌二、电阻链分相细分要求信号为一对正余弦信号。一、工作原理在电阻链两端施加相位差90°，频率相同的相位信号，由于两信号的叠加作用，在电阻链各接点上，可得幅值和相位都不相同的电信号，这些信号经整形、脉冲形成后，就能获得若干个计数脉冲。图7-5电阻链分相细分a)原理图b)矢量图根据叠加原理：uo的幅值：uo的相位：相关~uom~相关所以改变R1、R2比值，就能改变φ、uom，uo是沿u1、u2直线运动，φ=45°时，uom有最小值。计量测试工程学院朱维斌这里讲的的是0

7、°~90°第一象限的情况。同理：cosωt-sinωt-sinωt-cosωt-cosωtsinωtEsinωtEcosωt-Esinωt-Ecosωt0°~90°移相90°~180°移相180°~270°移相270°~360°移相相关~每一个臂上都是电位器，可以用来调整相位。电阻并联桥，在四个象限内依次有一个相位差的若干输出电压。计量测试工程学院朱维斌例：若采用这种移相桥实现12细分，所有的电位器电阻值均为12KΩ，计算第一象限的各电阻值分阻阻值。每个象限内相位差30°0°:R1=0KΩ，R2=12KΩ30°:R1=4

8、.39KΩ，R2=7.61KΩ60°:R1=7.61KΩ，R2=4.39KΩEsinωtEcosωt-Esinωt-Ecosωt0°~90°移相90°~180°移相180°~270°移相270°~360°移相R1R2计量测试工程学院朱维斌经电阻链细分后，各相信号仍是模拟信号，为实现数字化，要把它们变换为逻辑“0”或“