機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第四章

1、第四章第四章 檢測系統(tǒng)設(shè)計檢測系統(tǒng)設(shè)計本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測系統(tǒng)概述檢測系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號的檢測數(shù)字式傳感器信號的檢測第一節(jié) 檢測系統(tǒng)概述一、檢測系統(tǒng)的功用及組成一、檢測系統(tǒng)的功用及組成 檢測系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)五大結(jié)構(gòu)要素之一，用于實現(xiàn)計測功能。沒有檢測系統(tǒng)，機電一體化設(shè)備就無法實現(xiàn)高精度、高性能、自動化。檢測系統(tǒng)對于機電系統(tǒng)，就像人的感官對于人一樣的重要。檢測系統(tǒng)的性能直接影響機電系統(tǒng)的性能。測不準(zhǔn)就控不準(zhǔn)。 檢測系統(tǒng)的構(gòu)成：

2、傳感器（感受并轉(zhuǎn)換各種物理量）；轉(zhuǎn)換電路（變換、放大、調(diào)制解調(diào)、濾波、運算 等）；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換；計算機數(shù)據(jù)處理（顯示、控制）。這就組成檢測系統(tǒng)二、機電一體化對檢測系統(tǒng)的要求二、機電一體化對檢測系統(tǒng)的要求對檢測系統(tǒng)的要求是：精度、靈敏度和分辨率高；精度、靈敏度和分辨率高；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；靜、動態(tài)特性好；靜、動態(tài)特性好；抗干擾能力強?？垢蓴_能力強。這些要求歸納出是三方面的要求：精度高、動態(tài)特精度高、動態(tài)特性好、精度保持性好。性好、精度保持性好。另外，體積小、質(zhì)量輕、成本低、便于使用維修等也是照例要求。三、檢測系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容三、檢測系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 檢測系統(tǒng)的設(shè)

3、計內(nèi)容就是根據(jù)系統(tǒng)的組成，采用理論和實踐相結(jié)合的方法設(shè)計各組成部分，并使各組成部分之間匹配，達(dá)到要求。具體的設(shè)計內(nèi)容：1、根據(jù)檢測要求和條件選擇合適的傳感器。2、根據(jù)傳感器和檢測要求選擇或設(shè)計檢測電路（包括基本轉(zhuǎn)換電路、信號預(yù)處理電路等）3、根據(jù)精度和速度要求設(shè)計計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（包括計算機接口電路，數(shù)字信號預(yù)處理，線性、增益、零位補償?shù)?，顯示控制）檢測系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容圖示檢測系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容圖示選擇合適的傳感器選擇或設(shè)計轉(zhuǎn)換電路設(shè)計計算機數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)（接口和數(shù)據(jù)處理）四、檢測系統(tǒng)設(shè)計步驟四、檢測系統(tǒng)設(shè)計步驟 檢測系統(tǒng)的設(shè)計方法一般采用實驗分析法：理論分析計算和實驗測試相結(jié)合。檢測系

4、統(tǒng)設(shè)計一般步驟：1、設(shè)計任務(wù)和技術(shù)要求分析（精度、方法、條件等）2、系統(tǒng)方案選擇（傳感器、電路、數(shù)據(jù)采集方法等）3、系統(tǒng)總體框圖（反映各環(huán)節(jié)的要求、方案和參數(shù)等）4、各環(huán)節(jié)設(shè)計、實驗5、總裝調(diào)試、實驗分析6、系統(tǒng)運行考核第四章第四章 檢測系統(tǒng)設(shè)計檢測系統(tǒng)設(shè)計本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測系統(tǒng)概述檢測系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號的檢測數(shù)字式傳感器信號的檢測 第二節(jié) 檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路用于對傳感器信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳送、調(diào)理，是檢測系統(tǒng)中重要環(huán)

5、節(jié)，是影響檢測系統(tǒng)性能的主要環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)換電路包括變換、放大、調(diào)制解調(diào)、濾波、運算 、整形等電路。 根據(jù)兩大類傳感器：模擬量傳感器、脈沖量傳感器有許多不同種類的轉(zhuǎn)換電路，但大多為模擬量轉(zhuǎn)換電路，因為模擬量傳感器的種類多、數(shù)量大。但是在數(shù)控機床領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用光柵、光電編碼盤等脈沖量傳感器占主流。對此，也要有所了解。i1基爾霍夫電壓定理基爾霍夫電壓定理基爾霍夫電壓定理基爾霍夫電壓定理i1+i2i1i22 2、差動電路、差動電路a)a)b)b)c)c)0Vi=Ui/2Z0+iZ=0.5Ui0-iZ=-0.5Uid)d)3、非差動橋式電路、非差動橋式電路a)-0.5Ui0.5Uib)-0.5Ui相角相角幅值幅

6、值當(dāng)當(dāng) 時，時，c)相角相角幅值幅值當(dāng)當(dāng) 時，時，4、調(diào)頻電路、調(diào)頻電路電容傳感器電容傳感器5、脈沖調(diào)寬電路、脈沖調(diào)寬電路比較器比較器參考電壓參考電壓（二）信號放大電路（二）信號放大電路各種放大電路是檢測轉(zhuǎn)換電路中最頻繁采用的電路，放大電路的性能對檢測精度具有直接影響。對放大電路的要求：輸入阻抗高、抗噪聲干擾（高的共模抑制比、減小熱噪聲）等。1、高輸入阻抗放大器1 1、高輸入阻抗放大器、高輸入阻抗放大器( (續(xù)）續(xù)）2 2、高共模抑制比放大器（差動放大器）、高共模抑制比放大器（差動放大器）2 2、高共模抑制比放大器（差動放大器）、高共模抑制比放大器（差動放大器）UrUr2 2、高共模抑制比放大

7、器（差動放大器）、高共模抑制比放大器（差動放大器）UaUaUbUc差動放大器（續(xù)）差動放大器（續(xù)）儀表放大器儀表放大器電容傳感器電容傳感器4 4、線性化放大器、線性化放大器4 4、線性化放大器、線性化放大器( (續(xù)續(xù)) )5 5、可變增益放大器、可變增益放大器6 6、電荷放大器、電荷放大器用于壓電式傳感器把電荷數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓。（三）信號調(diào)制與解調(diào)電路（三）信號調(diào)制與解調(diào)電路 調(diào)制解調(diào)電路在通訊中主要用于信號區(qū)分和傳送。而在檢測電路中主要用于信號變換，比如接入傳感器的交流電橋電路就是調(diào)幅電路對傳感器信號進(jìn)行變換-電參量轉(zhuǎn)換成電壓量。調(diào)制信號最后還要進(jìn)行解調(diào)信號還原。調(diào)制有幅值調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)

8、制。-被測信號的變化規(guī)律調(diào)制（調(diào)節(jié)）載波的幅值。-被測信號的變化規(guī)律調(diào)制（調(diào)節(jié)）載波的頻率。-被測信號的變化規(guī)律調(diào)制（調(diào)節(jié)）載波的相位。已調(diào)制波形已調(diào)制波形1 1、調(diào)幅與解調(diào)電路、調(diào)幅與解調(diào)電路幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)Vin（1 1）調(diào)幅電路（交流電橋）調(diào)幅電路（交流電橋） 交流電橋是 乘法器V0=x(t) Vin =xm(t)為調(diào)幅波信號， Vin為載波。VinVoR1R3R2R4（2 2）調(diào)幅解調(diào)電路（二極管包絡(luò)檢波）調(diào)幅解調(diào)電路（二極管包絡(luò)檢波）（2 2）調(diào)幅解調(diào)

9、電路（三極管包絡(luò)檢波）調(diào)幅解調(diào)電路（三極管包絡(luò)檢波）四個特性相同的二極管D1D4組成電橋形式。變壓器A輸入調(diào)幅波信號eo。變壓器B接有參考信號ex， ex與載波信號的相位和頻率均相同，用作極性識別的標(biāo)準(zhǔn)。 R1為負(fù)載電阻。當(dāng)調(diào)制信號與參考信號相位相同時，由下圖可以看出相敏檢波器中電流當(dāng)調(diào)制信號與參考信號相位相同時，由下圖可以看出相敏檢波器中電流i1流過負(fù)載流過負(fù)載R1的方向，即此時輸出電壓的方向，即此時輸出電壓eo1為正值。為正值。當(dāng)調(diào)制信號與參考信號相位相差當(dāng)調(diào)制信號與參考信號相位相差180度時（調(diào)幅波度時（調(diào)幅波eo相對于載波相對于載波ex的極性的極性正好相差正好相差180），電流），電流

10、i1流過負(fù)載流過負(fù)載R1的方向與之前相反，即此時輸出電的方向與之前相反，即此時輸出電壓壓eo1為負(fù)值。為負(fù)值。 載波；被調(diào)制信號調(diào)制后的信號相敏檢波后濾波后2 2、調(diào)頻與解調(diào)、調(diào)頻與解調(diào) 調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波。 （1 1）調(diào)頻電路）調(diào)頻電路 若采用電容傳感器，若采用電容傳感器，C1為為傳感器電容；傳感器電容； 若采用電阻式傳感器，若采用電阻式傳感器，Rb為傳感器電阻為傳感器電阻（2 2）微分鑒頻電路）微分鑒頻電路微分后通過檢測幅值的變化，即可獲得調(diào)制信號微分后通過檢測幅值的變化，即可獲得調(diào)制信號幅值幅

11、值 CD與晶體管與晶體管VT發(fā)射結(jié)正向電阻構(gòu)成微分電路；發(fā)射結(jié)正向電阻構(gòu)成微分電路；VT與與RL構(gòu)成包絡(luò)檢波電路；二極管一方面提供偏壓，一方構(gòu)成包絡(luò)檢波電路；二極管一方面提供偏壓，一方面對面對CD放電。放電。3 3、調(diào)相與解調(diào)、調(diào)相與解調(diào)調(diào)相是由傳感器信號影響或控制某高頻載波的相位。（1）調(diào)相（2 2）鑒相（比相）鑒相（比相）鑒相的方法有：異或門鑒相、RS觸發(fā)器鑒相、脈沖采樣鑒相等，基本方法是將調(diào)相信號與基準(zhǔn)信號比相。fcf(四四)濾波電路濾波電路濾波器具有對信號的選頻特性，作用：濾除信號中的噪聲與干擾信號、濾除調(diào)制信號中的載波等。濾波器按選擇的頻率范圍分有四種：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾

12、波器、帶阻濾波器。濾波器的特性參數(shù)：截至頻率、截至頻率、帶寬、品質(zhì)因素帶寬、品質(zhì)因素倍頻程選擇性倍頻程選擇性1 1、無源濾波器、無源濾波器f01 1、無源濾波器、無源濾波器無源濾波器帶負(fù)載能力差，且易與前后相關(guān)電路耦合，實際濾波效果差，有源濾波器可克服。ur0V0V 二階系統(tǒng)具有更二階系統(tǒng)具有更好的倍頻程特性。好的倍頻程特性。其它電路自行推其它電路自行推導(dǎo)導(dǎo)運算電路主要有：加、減、乘、除、微分、積分、指數(shù)、對數(shù)等電路，在檢測電路中信號運算、變換、提取等環(huán)節(jié)中起作用。主要利用運算放大器集成電路和外接元件構(gòu)成。UrUr乘除運算電路乘除運算電路場效應(yīng)管場效應(yīng)管漏極漏極 D源極源極 S柵極柵極 G漏極

13、漏極 D源極源極 S柵極柵極 Gur數(shù)字或脈沖電路中的電路有：邏輯電路、時序電路（觸發(fā)器、計數(shù)器）、運算電路、電平轉(zhuǎn)換電路、振蕩電路（波形發(fā)生器）、整形電路、驅(qū)動電路等過零比較器用于波形整形，如正弦波整成方波電路說明：電路說明：1、以上所列舉的電路僅是原理性闡述，有些是示意圖，如果完整的實際電路要經(jīng)參數(shù)調(diào)試。2、常用的轉(zhuǎn)換電路大多都有集成電路，有些集成電路把多種電路集成在一起，應(yīng)用時要根據(jù)參數(shù)選用集成電路，連接所需的外圍元件，經(jīng)調(diào)試確定參數(shù)。比如集成調(diào)幅、放大、解調(diào)、濾波功能的AD598芯片，就是直接用于LVDT傳感器的集成電路。第四章第四章 檢測系統(tǒng)設(shè)計檢測系統(tǒng)設(shè)計本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要

14、學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測系統(tǒng)概述檢測系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號的檢測數(shù)字式傳感器信號的檢測 第三節(jié) 模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計 模擬信號檢測系統(tǒng)相對于脈沖兩值量的數(shù)字量檢測系統(tǒng)具有兩個突出的特點： 1、信號微弱易受干擾、信號受環(huán)境影響產(chǎn)生漂移，因此必須采取相應(yīng)的措施。 2、經(jīng)數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換才能進(jìn)入計算機，數(shù)據(jù)采集必按一定的參數(shù)工作。 所以在模擬量檢測系統(tǒng)中必須有抗干擾環(huán)節(jié)、正確選擇數(shù)據(jù)采集參數(shù)、設(shè)置針對信號漂移的補償措施等。 *信號預(yù)處理：作用是濾除信號中的不需要信號

15、（包括噪聲或其它不需要的信號），因此，由。這個環(huán)節(jié)也稱硬件濾波。*采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成計算機數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)。*數(shù)字信號預(yù)處理：進(jìn)入計算機的數(shù)字信號還需進(jìn)行濾波處理軟件濾波，進(jìn)一步濾除信號中的噪聲。*補償環(huán)節(jié)：計算機軟件對非線性、零位、增益進(jìn)行補償。 數(shù)據(jù)采集是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存入計算機這一過程的總稱。由采樣、保持、A/D轉(zhuǎn)換三個環(huán)節(jié)構(gòu)成。 采樣過程就是把模擬信號離散化的過程。計算機對連續(xù)信號的進(jìn)行數(shù)字量轉(zhuǎn)換，只對連續(xù)信號的某些取值點進(jìn)行。采樣器采樣器模擬信號模擬信號脈沖信號脈沖信號1、采樣過程（續(xù)）、采樣過程（續(xù)）怎樣選取這些點呢？ 計算機一般采取等間隔取信號的方法，即每隔t采集一點，

16、1/t=fs稱為采樣頻率。（1）采樣頻率確定）采樣頻率確定采樣定理采樣定理 為保證采樣后信號能真實地保留原始模擬信號信息，信號采樣頻率fs必須至少為原信號中最高頻率成份fmax的2倍。這是采樣的基本法則，稱為Shannon(香儂）采樣定理。fs2fmax一般應(yīng)用常取fs （510）fmax如果被測信號的最高頻率為1000Hz，則采樣頻率至少為2000Hz。A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時間，為防止產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差，必須在采樣期間保持采樣值（即送A/D轉(zhuǎn)換的值）不變。實現(xiàn)該功能的電路稱采樣保持電路。電壓跟隨器電壓跟隨器電壓跟隨器電壓跟隨器場效應(yīng)管場效應(yīng)管采樣保持電路原理采樣保持電路原理 UC高電平，高電平，S

17、閉合，采樣，閉合，采樣，uo=ui; UC低電平，低電平，S斷開，保持，斷開，保持，uo=uiUD，對開關(guān)保護(hù)。，對開關(guān)保護(hù)。2 2、A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換量化把采樣信號經(jīng)過舍入變?yōu)橹挥杏邢迋€有 效數(shù)字的數(shù)，這一過程稱為量化編碼將經(jīng)過量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過程。 （2 2）A/DA/D轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)1) 分辨率 用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。2) 轉(zhuǎn)換速度 指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時間，如:1ms(1KHz)； 10us(100kHz)(3) 模擬信號的輸入范圍 如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。（3）

18、 A/DA/D轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)選擇轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)選擇分辨率選擇分辨率選擇-根據(jù)所要求檢測精度，比如檢測精度要求0.1%，則A/D轉(zhuǎn)換的分辨率1/2N 0.1%。轉(zhuǎn)換速度選擇轉(zhuǎn)換速度選擇-轉(zhuǎn)換速度要大于采樣速度fs。模擬信號電壓輸入范圍模擬信號電壓輸入范圍-根據(jù)信號預(yù)處理輸出的電壓范圍選擇匹配的A/D轉(zhuǎn)換芯片，或根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片的電壓輸入范圍，調(diào)理輸入的電壓范圍。芯片轉(zhuǎn)換精度芯片轉(zhuǎn)換精度-高于檢測精度3 3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式多路模擬信號采用一個采樣保持、一個A/D轉(zhuǎn)換。多路信號選擇用多路模擬開關(guān)（集成電路開關(guān)）四、數(shù)字信號預(yù)處理四、數(shù)字信號預(yù)處理 雖然在模擬信號進(jìn)入數(shù)據(jù)

19、采集之前已經(jīng)經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)，但是由于干擾信號的種類很多，仍有一定噪聲信號被采集，因此，數(shù)字信號首先也要進(jìn)行預(yù)處理才被作為有效信號。 數(shù)字信號預(yù)處理即軟件濾波或程序濾波，不需要硬件，使用可靠、穩(wěn)定?？蓪Φ皖l和高頻信號進(jìn)行濾波?？筛鶕?jù)不同信號形式選擇不同種類的濾波方式。靈活、功能強、柔性好。 數(shù)字濾波方式有多種適合不同的信號場合：原理：對信號的每點采樣轉(zhuǎn)換多次，多次的轉(zhuǎn)換值中進(jìn)行大小比較，把幾個數(shù)中處于中間值的數(shù)作為有效數(shù)。采樣次數(shù)一般為3、5、7等奇數(shù)次。適合：緩慢變化信號中存在偶然因素引起的脈沖干擾的場合。原理：對信號采樣轉(zhuǎn)換N次，求出N次轉(zhuǎn)換值的平均值作為有效數(shù)。采樣次數(shù)一般為8、16、32。

20、采樣次數(shù)越多濾波效果越好，但靈敏度越差。適合：對信號中具有周期干擾信號的場合。原理：求出N次轉(zhuǎn)換值的平均值作為有效數(shù)，但每采樣一次，作為新值，去掉最先采樣值，進(jìn)行平均值計算。適合：采用算術(shù)平均濾波系統(tǒng)的實時性達(dá)不到要求的場合。原理：用軟件方法模擬硬件低通濾波器。轉(zhuǎn)換濾波器微分方程為差分方程，根據(jù)差分?jǐn)?shù)學(xué)模型編程實現(xiàn)。適合：緩慢變化的信號濾除干擾信號。 差差分分代代替替微微分分五、傳感器信號的非線性補償五、傳感器信號的非線性補償( (解決被測量定值問題）解決被測量定值問題） 被測量和傳感器或轉(zhuǎn)換電路的輸出關(guān)系是非線性，就會給測量帶來誤差。人們總是希望按輸入和輸出之間精確的對應(yīng)關(guān)系確定被測量的取值

21、，因此采用的方法稱作非線性補償。非線性補償?shù)挠布娐酚休^大局限性，采用軟件的補償方法靈活、精度高，是目前采用的主流方法。軟件非線性補償有兩種方法：計算法和查表法計算法的原理是找到能夠和傳感器輸入輸出關(guān)系曲線最具相同規(guī)律的函數(shù)逼近方程或稱模擬曲線方程，這樣就可通過傳感器的輸出值計算出傳感器的輸入值（被測量）。常用的方法是代數(shù)插值法插值法：即用代數(shù)多項式逼近實際定度曲線，多項式的次數(shù)越高代數(shù)多項式的逼近性越好，但是方程越復(fù)雜。因此最常用的代數(shù)插值多項式為一次多項式，稱線性插值法。 查表法就是把定度曲線離散化把輸入輸出數(shù)據(jù)以表格形式存入計算機，檢測時只要根據(jù)輸入計算機的值查表就可得到被測量值。Xi、

22、Yi存入計算機查表六、零位誤差補償和增益誤差補償六、零位誤差補償和增益誤差補償零位補償和增益補償是解決在測量過程中信號發(fā)生的零位和增益漂移（即信號由于受到溫度、濕度、時間等影響產(chǎn)生的變動）。實際是補償由于傳感器定度曲線、電路的輸入輸出關(guān)系、A/D轉(zhuǎn)換的零位、線性發(fā)生的變化。（1 1）零位誤差補償）零位誤差補償零位誤差補償方法采用軟件補償又稱數(shù)字調(diào)零。Ui=Yi-a0（2 2）增益誤差補償）增益誤差補償增益誤差補償又稱校準(zhǔn)，全系統(tǒng)全系統(tǒng)零位和增益誤差補償零位和增益誤差補償下圖為包括傳感器在內(nèi)的全檢測系統(tǒng)的零位和增益誤差補償原理第四章第四章 檢測系統(tǒng)設(shè)計檢測系統(tǒng)設(shè)計本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)

23、容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測系統(tǒng)概述檢測系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計模擬信號檢測系統(tǒng)設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號的檢測數(shù)字式傳感器信號的檢測 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字信號檢測系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字信號檢測系統(tǒng)設(shè)計 模擬檢測系統(tǒng)的環(huán)節(jié)相對較復(fù)雜，為了便于計算機信號處理，數(shù)字量（脈沖量）傳感器應(yīng)用越來越多，特別是增量碼傳感器（或增量式），如光柵、光電編碼盤、磁柵、容柵等傳感器，用于檢測位置、位移。所謂增量碼信號是指信號變化的周期數(shù)與被測位移成正比的信號。數(shù)字信號檢測系統(tǒng)接口方便，可提高分辨率、提高檢測精度及抗干擾能力、信號易處理和遠(yuǎn)距離傳送。

24、 二、數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)二、數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)*整形電路把正弦信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號。*細(xì)分電路提高脈沖分辨率。*辨向電路檢測位移的方向。*計數(shù)器：計數(shù)器計數(shù)脈沖數(shù)，是機電接口。增量式傳感器檢測系統(tǒng)一般采用對脈沖數(shù)計數(shù)，再把計數(shù)值傳給計算機處理。三、三、增量式傳感器增量式傳感器1、直線光柵原理2 2、光電編碼盤（圓光柵）、光電編碼盤（圓光柵）四、增量脈沖的細(xì)分與辨向四、增量脈沖的細(xì)分與辨向 增量式脈沖的一個周期對應(yīng)的位移稱為脈沖當(dāng)量，也是位移分辨率。為提高分辨率從而提高測量精度，須采取周期細(xì)分，使得在一個周期中出現(xiàn)N個脈沖，計數(shù)器1/N個周期就計一個數(shù)，N為細(xì)分?jǐn)?shù)。 辨向使計算機檢

25、測位移或角位移的方向，方向檢測在位置伺服系統(tǒng)中是不可缺少的。1、四細(xì)分方法與辨向 四細(xì)分的原理是利用相差90度相位A、B兩路信號先通過反相器產(chǎn)生/A、/B，利用該四路信號的跳沿依次相差90度特性，使該四路信號分別通過微分電路取出上跳沿，獲得四個脈沖，再用或門電路把四個脈沖組合成一路脈沖。 辨向原理利用正向和反向運動時，A、B兩路脈沖的相位也發(fā)生改變的特性。 sincos-sin-cos（1）鎖相倍頻細(xì)分與辨向（2）脈沖填充細(xì)分與辨向（3）模擬信號軟件細(xì)分4 4、光柵檢測系統(tǒng)、光柵檢測系統(tǒng)4 4、光柵檢測系統(tǒng)、光柵檢測系統(tǒng)( (續(xù)）續(xù)）4、光柵檢測系統(tǒng)的、光柵檢測系統(tǒng)的/CPLD/FPGA實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法nPLD（programmable logic device)可編程邏輯器件;nCPLD(Complex Programmable Logic Device)復(fù)雜可編程邏輯器件;nFPGA（FieldProgrammable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列; n