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1信号细分电路概念：概述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。随着电子技术的飞速发展，细分电路可达到的分辨率越来越高，同时成本却在不断降低，电路细分已经成为人们提高仪器分辨率的主要手段之一。2概述信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。细分电路在机械和电子等领域有着广泛的应用，本章内容主要针对测控系统中应用广泛的位移信号，如来自光栅、磁栅、激光干涉仪等的信号细分。这类信号的共同特点是：3电路细分原因：概述测量电路通常采用对

2、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。4细分的基本原理：概述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。5辨向的问题：概述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。6细分电路的分类：概述按工作原理，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

3、制信号细分电路。7第一节直传式细分电路第二节平衡补偿式细分电路概述8xix1xoK1K2Kmx1x27.1直传式细分电路直传式细分电路由若干环节串联而成。输入量：来自位移传感器的周期信号，以一对正、余弦信号或者相移为900的两路方波最为常见。输出量：有多种形式，有时为频率更高的脉冲或模拟信号，有时为可供计算机直接读取的数字信号。中间环节完成从输入到输出的转换，常由波形变换电路、比较器、模拟数字转换器和逻辑电路等组成。各环节依次向末端传递信息——直传的意思。9系统灵敏度：Ksj——xo对xj的灵敏度,Ksj=K

4、j+1…Km7.1直传式细分电路电路结构属于开环系统，系统总的灵敏度(也称传递函数)Ks为各个环节灵敏度Kj(j=1～m)之积。如果个别环节灵敏度Kj发生变化，它势必会引起系统总的灵敏度的变化。此外，由于干扰等原因，当某一环节的输入量有增量时，都会引起输出量xo的变化，此时：10直传系统特点：7.1直传式细分电路直传式系统信号单向传递，故越在前面的环节，其输入变动量所引起的xo的变动量越大。因此要保持系统的精度必须稳定各环节的灵敏度，特别是减少靠近输入端的环节的误差。11缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于平

5、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。7.1直传式细分电路12典型的直传式细分电路7.1直传式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13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。7.1.1四细分辨向电路四细分辨向电路是最为常用的细分辨向电路。14单稳四细分辨向电路7.1.1

6、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。15DG7&&&&&&&&UO1DG5UO2DG10R1&&1&&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA≥1BBBAAAABBB≥1图7-2单稳四细分辨向电路AABB16ABA'B'Uo1Uo2a)ABA'B'Uo1Uo2b)17电阻链分相细分是应用很广的细分技术，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

7、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。7.1.2电阻链分相细分18设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交流电压u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost。7.1.2电阻链分相细分u1u2uou2R1R2uou1输出电压的幅值与相位都与R1和R2的比值有关。不同相的输出电压信号经电压比较器整形为方波，然后经逻辑电路处理即可实现细分。1936o108o18o0o162o90o54o72o144o126o56kΩ33kΩ18kΩ2

8、4kΩ18kΩ24kΩ56kΩ33kΩ24kΩ33kΩ56kΩ18kΩ33kΩ24kΩ18kΩ56kΩ12kΩ12kΩ123564131211981065411312118910EsinωtEcosωt-Esinωt∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N=1=1=1=1=123=1=1=