光柵信息處理及應(yīng)用

1、三、 光柵信息處理及應(yīng)用如前所述，當(dāng)兩光柵尺有相對(duì)位移時(shí)，光柵讀數(shù)頭中的光敏元件根據(jù)透過(guò)莫爾條紋的光強(qiáng)度變化，將兩光柵尺的相對(duì)位移即工作臺(tái)的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成了四路兩兩相差2的電壓信號(hào)，這四路電壓信號(hào)的變化頻率代表了兩光柵尺相對(duì)移動(dòng)的速度；它們每變化一個(gè)周期，表示兩光柵尺相對(duì)移動(dòng)了一個(gè)柵距；四路信號(hào)的超前滯后關(guān)系反映了兩光柵尺的相對(duì)移動(dòng)方向。但在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要將兩光柵尺的相對(duì)位移表達(dá)成易于辨識(shí)和應(yīng)用的數(shù)字脈沖量，因此，光柵讀數(shù)頭輸出的四路電壓信號(hào)還必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的信息處理，轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)字脈沖形式。圖4-11給出了一種用于光柵信息處理的線路框圖。它由三個(gè)部分組成，即放大環(huán)節(jié)、整形環(huán)節(jié)和鑒向倍

2、頻線路。1、放大與整形放大與整形環(huán)節(jié)與一般系統(tǒng)中采用的原理及結(jié)構(gòu)無(wú)多大差別，主要是用以求得電壓與功率的圖4-11光柵信息處理線路框圖放大以及波形的規(guī)整。這里的放大環(huán)節(jié)主要采用的是差動(dòng)放大器，以抑制各種共模干擾信號(hào)的影響及矯正因光柵尺和光柵讀數(shù)頭的機(jī)械誤差造成的光柵讀數(shù)頭輸出信號(hào)的相位誤差，經(jīng)過(guò)放大環(huán)節(jié)后，(其初相位分別對(duì)應(yīng)于圖4-11中的0，2，和32)四路電壓信號(hào)變成兩路，一路其初相位和頻率同一樣，一路同一樣，分別記為和 (對(duì)應(yīng)于圖4-11中放大環(huán)節(jié)輸出的0和2)。整形環(huán)節(jié)采用的是電壓比較器，其作用是將和轉(zhuǎn)換成同頻率同相位的兩路方波信號(hào)A和B(分別對(duì)應(yīng)于圖4-11中的sin和cos)，見(jiàn)圖4

3、-12。電壓比較器可選用LM311。圖 4-12 整形環(huán)節(jié)信號(hào)輸入輸出關(guān)系2鑒向倍頻顧名思義，鑒向倍頻線路的功能有兩個(gè)：一是鑒別方向，即根據(jù)整形環(huán)節(jié)輸出的兩路方波信號(hào)A和B的相位關(guān)系確定出工作臺(tái)的移動(dòng)方向；二是將A和B兩路信號(hào)進(jìn)行脈沖倍頻，即將圖4-13鑒向倍頻線路框圖一個(gè)周期內(nèi)的一個(gè)脈沖(方波)變?yōu)樗膫€(gè)脈沖，這四個(gè)脈沖兩兩相距14周期。因一個(gè)周期內(nèi)的一個(gè)脈沖表示工作臺(tái)移動(dòng)了一個(gè)柵距，這一個(gè)周期內(nèi)的四個(gè)脈沖中的每一個(gè)則表示了工作臺(tái)移動(dòng)了14柵距，這樣就提高了光柵測(cè)量裝置的分辨率。圖4-13是鑒向倍頻線路的框圖，圖中實(shí)現(xiàn)四倍頻的線路如圖4-14所示，其波形圖見(jiàn)圖4-15。這種倍頻線路產(chǎn)生的脈沖信

4、號(hào)與時(shí)鐘CP同步，應(yīng)用比較方便，工作也十分可靠。在該四倍頻線路中，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于方波信號(hào)A和B的頻率以減少倍頻后的相移誤差。此外，從圖4-15也可以看出，真正實(shí)現(xiàn)四倍頻，和還需要“或”起來(lái)，這將由鑒向線路來(lái)完成。圖 4-13 鑒相倍頻線路框圖圖4-14 四倍頻線路邏輯圖圖4-14 四倍頻線路波形圖圖4-16是鑒向線路圖，它實(shí)際上是由一個(gè)雙“四選一”線路所組成。雙“四選一”線路有專(zhuān)用的集成電路。如74LS153，其真值表見(jiàn)表4-2。圖 4-16 鑒向線路圖數(shù) 據(jù) 選 則 輸 出 ENB   ENA y 0    0 y=C00    1 y=C11    0 y=C21    1 y=C3表4-2 雙“四選一”線路真值表如果我們用1y表示正向脈沖輸出端，2y表示反向脈沖輸出端，根據(jù)雙“四選一”線路的真值表，可以得到1y和2y的表達(dá)式： （417） （418）由上式可畫(huà)出方波A滯后于B(即工作臺(tái)正向移動(dòng))和A超前于B(即工作臺(tái)反向移動(dòng))時(shí)波形圖如圖4-17所示。由圖中可以看出：工作臺(tái)正向移動(dòng)時(shí)，在1y端輸出了一系列代表移動(dòng)距離的數(shù)字脈沖，而2y端為低電平；反過(guò)來(lái)，工作臺(tái)反向移動(dòng)時(shí)，1y端輸出的是低電平，而2y端輸出了一系列代表移動(dòng)距離的數(shù)字脈沖