1、第七章第七章 信號(hào)細(xì)分與辨向電路信號(hào)細(xì)分與辨向電路n概述概述n第一節(jié)第一節(jié) 直傳式細(xì)分電路直傳式細(xì)分電路n第二節(jié)第二節(jié) 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路 n信號(hào)細(xì)分電路概念： 信號(hào)細(xì)分電路又稱(chēng)插補(bǔ)器，是采用電路的手是采用電路的手段對(duì)周期性的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行插值提高儀器分段對(duì)周期性的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行插值提高儀器分辨力。辨力。概述概述n信號(hào)的共同特點(diǎn)：信號(hào)的共同特點(diǎn)： 信號(hào)具有周期性，信號(hào)每變化一個(gè)信號(hào)具有周期性，信號(hào)每變化一個(gè)周期就對(duì)應(yīng)著空間上一個(gè)固定位移周期就對(duì)應(yīng)著空間上一個(gè)固定位移量。量。概述概述n電路細(xì)分原因：電路細(xì)分原因： 測(cè)量電路通常采用對(duì)信號(hào)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的測(cè)量，若單純對(duì)信

2、號(hào)的周期進(jìn)行計(jì)數(shù), 則儀器的分辨力就是一個(gè)信號(hào)周期所對(duì)應(yīng)的位移量。為了提高儀器的分辨力，就需要使用細(xì)分電路。概述概述概述概述n細(xì)分的基本原理：細(xì)分的基本原理： 根據(jù)周期性測(cè)量信號(hào)的波形、振幅或者相位的變化規(guī)律，在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行插值，從而獲得優(yōu)于一個(gè)信號(hào)周期的更高的分辨力。辨向： 由于位移傳感器一般允許在正、反兩個(gè)方向移動(dòng)，在進(jìn)行計(jì)數(shù)和細(xì)分電路的設(shè)計(jì)時(shí)往往要綜合考慮辨向的問(wèn)題。概述概述分類(lèi)：分類(lèi)：n按工作原理，可分為直傳式細(xì)分和平衡補(bǔ)償式細(xì)分。n按所處理的信號(hào)可分為調(diào)制信號(hào)細(xì)分電路和非調(diào)制信號(hào)細(xì)分電路。概述概述7.1 直傳式細(xì)分直傳式細(xì)分K1、K2、 Km為各個(gè)環(huán)節(jié)的靈敏度為各個(gè)環(huán)節(jié)的靈敏度中間

3、環(huán)節(jié)可能是波形變換電路、比較器或中間環(huán)節(jié)可能是波形變換電路、比較器或D/A等等。等等。總的靈敏度：總的靈敏度：Ks=K1K2Km越靠近輸入端，越要做的精細(xì)。越靠近輸入端，越要做的精細(xì)。xi x1 xo K1 K2 Kmx1 x2直傳式細(xì)分原理圖直傳式細(xì)分原理圖n由于由于Ks的變化和的變化和 xj的存在會(huì)使達(dá)到相同的存在會(huì)使達(dá)到相同xo所需的所需的xi值發(fā)生變化，即使細(xì)分點(diǎn)的位值發(fā)生變化，即使細(xì)分點(diǎn)的位置發(fā)生變化。置發(fā)生變化。 mjjjxKxKx1sisoKsj xo對(duì)xj的靈敏度, Ksj=Kj+1Km n缺點(diǎn)：直傳系統(tǒng)抗干擾能力較差，其精缺點(diǎn)：直傳系統(tǒng)抗干擾能力較差，其精度低于平衡補(bǔ)償系統(tǒng)。

4、度低于平衡補(bǔ)償系統(tǒng)。 n優(yōu)點(diǎn)：直傳系統(tǒng)沒(méi)有反饋比較過(guò)程，電優(yōu)點(diǎn)：直傳系統(tǒng)沒(méi)有反饋比較過(guò)程，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，有著廣泛的路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用。 n典型的細(xì)分電路典型的細(xì)分電路 四細(xì)分辨向電路四細(xì)分辨向電路 電阻鏈分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分 微型計(jì)算機(jī)細(xì)分微型計(jì)算機(jī)細(xì)分 只讀存儲(chǔ)器細(xì)分只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 一、四細(xì)分辨向電路一、四細(xì)分辨向電路要求：輸入兩路具有要求：輸入兩路具有90相位差的方波信號(hào)。相位差的方波信號(hào)。AB細(xì)分的原理細(xì)分的原理：基于兩路方波在一個(gè)周期內(nèi)具有兩個(gè)上升沿和兩個(gè)下降沿，通過(guò)：基于兩路方波在一個(gè)周期內(nèi)具有兩個(gè)上升沿和兩個(gè)下降沿，通過(guò)對(duì)邊沿的處理實(shí)現(xiàn)四細(xì)分

5、。對(duì)邊沿的處理實(shí)現(xiàn)四細(xì)分。辨向辨向：根據(jù)兩路方波相位的相對(duì)導(dǎo)前和滯后的關(guān)系作為判別依據(jù)。：根據(jù)兩路方波相位的相對(duì)導(dǎo)前和滯后的關(guān)系作為判別依據(jù)。 原理原理：利用單穩(wěn)提取兩路方波信號(hào)的邊沿實(shí)現(xiàn)四細(xì)分。：利用單穩(wěn)提取兩路方波信號(hào)的邊沿實(shí)現(xiàn)四細(xì)分。DG3R1&A1 1DG1C1A VIVo1Vo2Vo典型的積分式單穩(wěn)觸發(fā)器典型的積分式單穩(wěn)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)暫態(tài)A在上邊沿的時(shí)候，進(jìn)入暫態(tài)，觸發(fā)在上邊沿的時(shí)候，進(jìn)入暫態(tài)，觸發(fā)一個(gè)窄脈沖一個(gè)窄脈沖A 穩(wěn)定時(shí)：穩(wěn)定時(shí)：VI=0，Vo1=1，Vo2=1，Vo=0上升沿來(lái)：上升沿來(lái)：VI=1，Vo1=0，Vo2=1，Vo=1電容電容C1開(kāi)始通過(guò)電阻開(kāi)始通過(guò)

6、電阻R1放電，當(dāng)電阻兩端下放電，當(dāng)電阻兩端下降到降到VTH時(shí)，時(shí)，Vo=0，退出暫態(tài)。，退出暫態(tài)。閾值電平閾值電平正向運(yùn)動(dòng)正向運(yùn)動(dòng)單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路第第1個(gè)過(guò)程：個(gè)過(guò)程：A上升沿的時(shí)候，上升沿的時(shí)候，A產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。B=0，B=1，DG10、DG5為與或非門(mén)。為與或非門(mén)。Uo1有計(jì)數(shù)脈有計(jì)數(shù)脈沖輸出，沖輸出，Uo2無(wú)輸出。無(wú)輸出。A下降沿的時(shí)候，下降沿的時(shí)候，A產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。同樣，同樣， Uo1有計(jì)數(shù)脈沖輸出，有計(jì)數(shù)脈沖輸出，Uo2無(wú)輸出。無(wú)輸出。B上升沿的時(shí)候，上升沿的時(shí)候，B產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。同樣，同樣， Uo1有計(jì)數(shù)脈沖

7、輸出，有計(jì)數(shù)脈沖輸出，Uo2無(wú)輸出。無(wú)輸出。B下降沿的時(shí)候，下降沿的時(shí)候，B產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖。同樣，同樣， Uo1有計(jì)數(shù)脈沖輸出，有計(jì)數(shù)脈沖輸出，Uo2無(wú)輸出。無(wú)輸出。ABUo1在正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，插入了四個(gè)為零的計(jì)數(shù)脈沖，在正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，插入了四個(gè)為零的計(jì)數(shù)脈沖，Uo2一直為高電平。一直為高電平。反向運(yùn)動(dòng)反向運(yùn)動(dòng)反之：反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，反之：反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，B在在A的前面，這時(shí)在的前面，這時(shí)在Uo2中輸入了四個(gè)為零的計(jì)數(shù)脈沖，中輸入了四個(gè)為零的計(jì)數(shù)脈沖，Uo1無(wú)輸出，一直為高電平無(wú)輸出，一直為高電平DG5 Uo1DG10Uo2哪一個(gè)輸出關(guān)系著辨向哪一個(gè)輸出關(guān)系著辨向根據(jù)上述原理，已制成集成電路根

8、據(jù)上述原理，已制成集成電路C5194、C5191圖為一單穩(wěn)辨向電路，輸入信號(hào)A、B為相位差90的方波信號(hào)，分析其辨向原理，并分別就A導(dǎo)前B 90、B導(dǎo)前A 90的情況，畫(huà)出A、Uo1、Uo2的波形。 BDG5DG1ACAR Uo1Uo2 &1&DG4&1DG2DG3可見(jiàn)，當(dāng)A導(dǎo)前B 90時(shí)，Uo1有輸出，Uo2無(wú)輸出，當(dāng)B導(dǎo)前A 90時(shí)，Uo1無(wú)輸出，Uo2有輸出，實(shí)現(xiàn)辨向。 n主要實(shí)現(xiàn)對(duì)正余弦模擬信號(hào)的細(xì)分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)正余弦模擬信號(hào)的細(xì)分 n工作原理：將正余弦信號(hào)施加在電阻鏈工作原理：將正余弦信號(hào)施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的接點(diǎn)上得到幅值和相兩端，在電阻鏈的接點(diǎn)上得到幅

9、值和相位各不相同的電信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)整形、位各不相同的電信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)整形、脈沖形成后，就能在正余弦信號(hào)的一個(gè)脈沖形成后，就能在正余弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)獲得若干計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)細(xì)分周期內(nèi)獲得若干計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)細(xì)分 電阻鏈分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分二、電阻鏈分相細(xì)分二、電阻鏈分相細(xì)分圖圖7-5 電阻鏈分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分a) 原理圖原理圖b) 矢量圖矢量圖根據(jù)疊加原理：根據(jù)疊加原理：211212cossinRRtERRRtERuouo的幅值：的幅值：uo的相位：的相位：212221RRRREuom21arctanRR)sin(tuuomo21RR相關(guān)相關(guān)uom21RR相關(guān)相關(guān)所以改變所以改變R1、R

10、2比值，就能比值，就能改變改變、uom，uo的終點(diǎn)是沿的終點(diǎn)是沿直線運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)， =45時(shí)，時(shí)，uom有最小值。有最小值。設(shè)電阻鏈由電阻設(shè)電阻鏈由電阻R1和和R2串聯(lián)而成，電阻鏈兩端加有交流電壓串聯(lián)而成，電阻鏈兩端加有交流電壓u1、u2，其中，其中，u1=Esin t，u2=Ecos t 這里講的的是這里講的的是0 09090第一象限的情況。第一象限的情況。同理：同理：cost-sint-sint-cost-costsintEsintEcost-Esint-Ecost0 09090移相移相9090180180移相移相180180270270移相移相270270360360移相移相每一個(gè)臂上

11、都是電位器，可以用來(lái)調(diào)整相位。每一個(gè)臂上都是電位器，可以用來(lái)調(diào)整相位。電阻并聯(lián)橋，在四個(gè)象限內(nèi)依次有一個(gè)相位差的電阻并聯(lián)橋，在四個(gè)象限內(nèi)依次有一個(gè)相位差的若干輸出電壓。若干輸出電壓。21RR相關(guān)相關(guān)可以得到各個(gè)象限的各可以得到各個(gè)象限的各 相輸出電壓，不同相的輸相輸出電壓，不同相的輸出電壓信號(hào)經(jīng)電壓比較器整形為方波，然后經(jīng)邏出電壓信號(hào)經(jīng)電壓比較器整形為方波，然后經(jīng)邏輯電路處理即可實(shí)現(xiàn)細(xì)分。輯電路處理即可實(shí)現(xiàn)細(xì)分。例：若采用這種移相橋?qū)崿F(xiàn)例：若采用這種移相橋?qū)崿F(xiàn)12細(xì)分，所有的電位器電阻值均為細(xì)分，所有的電位器電阻值均為12K，計(jì)，計(jì) 算第一象限的各電阻值分阻阻值。算第一象限的各電阻值分阻阻值。

12、3012360每個(gè)象限內(nèi)相位差每個(gè)象限內(nèi)相位差3030arctan21RRKRR12210:0arctan21RRKRR1221R1=0 K，R2=12 K30:R1=4.39 K，R2=7.61 K60arctan21RRKRR122160:R1=7.61 K，R2=4.39 KEsintEcost-Esint-Ecost0 09090移相移相9090180180移相移相180180270270移相移相270270360360移相移相R1R2n優(yōu)點(diǎn): 具有良好的動(dòng)態(tài)特性,應(yīng)用廣泛n缺點(diǎn): 細(xì)分?jǐn)?shù)越高所需的元器件數(shù)目也成比例地增加，使電路變得復(fù)雜，因此電阻鏈細(xì)分主要用于細(xì)分?jǐn)?shù)不高的場(chǎng)合。電阻鏈

13、分相細(xì)分電阻鏈分相細(xì)分a） 電路原理圖 辨向電路辨向電路可逆計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)A Acoscos 過(guò)零過(guò)零比較器比較器/#/# 顯示電路顯示電路A Asinsin 整周期計(jì)數(shù)整周期計(jì)數(shù)周期內(nèi)細(xì)分周期內(nèi)細(xì)分三三 微型計(jì)算機(jī)細(xì)分微型計(jì)算機(jī)細(xì)分 原始正交信號(hào)原始正交信號(hào)u1=Asin 和和u2=Acos 作為輸入作為輸入 21cossintanuuAA21coscotsinAuAu1、4、5、8卦限 2、3、6、7卦限 u1u21 1 2 2 3 4 3 4 5 5 6 7 86 7 8卦限卦限u1的極的極性性u(píng)2的極性的極性|u1|、|u2|大小大小1+|u1|u2|3+ |u1

14、|u2|4+ |u1|u2|5 |u1|u2|7 +|u1|u2|8 +|u1|u2|b） 卦限圖微機(jī)按照上表內(nèi)容可判別信號(hào)所在的掛限，也就實(shí)現(xiàn)了微機(jī)按照上表內(nèi)容可判別信號(hào)所在的掛限，也就實(shí)現(xiàn)了8細(xì)分。細(xì)分。 微機(jī)通過(guò)判別信號(hào)的極性和絕對(duì)值大小，實(shí)現(xiàn)微機(jī)通過(guò)判別信號(hào)的極性和絕對(duì)值大小，實(shí)現(xiàn)8細(xì)分。圖細(xì)分。圖(b) 為波形圖，把為波形圖，把一個(gè)信號(hào)分為一個(gè)信號(hào)分為8個(gè)區(qū)間，稱(chēng)為卦限，每卦個(gè)區(qū)間，稱(chēng)為卦限，每卦45度。度。1 2 3 4 5 6 7 8u1u2 第1卦限， x=k 第3卦限， x=50+k 第5卦限， x=100+k 第7卦限， x=150+k200細(xì)分 如果每個(gè)卦限細(xì)分?jǐn)?shù)為如果每

15、個(gè)卦限細(xì)分?jǐn)?shù)為N（如（如N=25）則用）則用N個(gè)存儲(chǔ)單元固化個(gè)存儲(chǔ)單元固化0 45間間N個(gè)正切值個(gè)正切值,微機(jī)在此微機(jī)在此表中查詢(xún)與已計(jì)算的正切或者余表中查詢(xún)與已計(jì)算的正切或者余切值最接近的存儲(chǔ)單元，如果該切值最接近的存儲(chǔ)單元，如果該存儲(chǔ)單元是正切表的第存儲(chǔ)單元是正切表的第K個(gè)單元，個(gè)單元，則相位角的細(xì)分?jǐn)?shù)則相位角的細(xì)分?jǐn)?shù)x由以下公式?jīng)Q由以下公式?jīng)Q定。定。第2卦限， x=50-k 第4卦限， x=100-k 第6卦限， x=150-k 第8卦限， x=200-k 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)判別卦限和查表實(shí)現(xiàn)細(xì)分，相對(duì)來(lái)利用計(jì)算機(jī)來(lái)判別卦限和查表實(shí)現(xiàn)細(xì)分，相對(duì)來(lái) 說(shuō)減少了計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)間，若直接算反

16、函數(shù)說(shuō)減少了計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)間，若直接算反函數(shù)arctan(u1/u2) 或或arccot(u2/u1)，要花費(fèi)更多的時(shí)間；通過(guò)修改程序和正，要花費(fèi)更多的時(shí)間；通過(guò)修改程序和正 切表，很容易實(shí)現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。切表，很容易實(shí)現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：這種細(xì)分方法由于還需要進(jìn)行軟件查表，細(xì)分速這種細(xì)分方法由于還需要進(jìn)行軟件查表，細(xì)分速 度慢，主要用于輸入信號(hào)頻率不高或靜態(tài)測(cè)量中。度慢，主要用于輸入信號(hào)頻率不高或靜態(tài)測(cè)量中。只讀存儲(chǔ)器細(xì)分只讀存儲(chǔ)器細(xì)分改軟件查表為硬件查表改軟件查表為硬件查表只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器減減計(jì)數(shù)鎖存器計(jì)數(shù)鎖存器周期計(jì)數(shù)器周期計(jì)數(shù)器邏輯控制器邏輯控制器Asin Acos XY細(xì)分鎖

17、存器細(xì)分鎖存器加減加減信號(hào)信號(hào)發(fā)生發(fā)生 器器加加/#D0D6D7D8D9./#0 128 255XY255128 YXYXYXYXXYXYYXX128arctan(128,128)1281282arctan(128,128)128(128,128)23(128,128)2128arctan(128)128 只讀存儲(chǔ)器細(xì)分只讀存儲(chǔ)器細(xì)分 兩路正交輸入信號(hào)兩路正交輸入信號(hào)u1=Asin 和和u2=Acos 分別送入兩個(gè)分別送入兩個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)X 和和Y，數(shù)，數(shù)值在值在0255之間變化，其中之間變化，其中“128”對(duì)應(yīng)模擬輸入信

18、號(hào)的對(duì)應(yīng)模擬輸入信號(hào)的“0”電電平。平。X和和Y與角度與角度 對(duì)應(yīng)關(guān)系如下，由此可求出對(duì)應(yīng)關(guān)系如下，由此可求出 。 xi- xF xF比較器F Ksxo-+Nxi7.2 平衡補(bǔ)償式細(xì)分平衡補(bǔ)償式細(xì)分 圖圖7-11 平衡式細(xì)分原理圖平衡式細(xì)分原理圖 平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路廣泛應(yīng)用于標(biāo)尺節(jié)距大的感應(yīng)同步器、平衡補(bǔ)償式細(xì)分電路廣泛應(yīng)用于標(biāo)尺節(jié)距大的感應(yīng)同步器、容柵式儀器中容柵式儀器中,也可用于磁柵、光柵式儀器中。這種細(xì)分技術(shù)可也可用于磁柵、光柵式儀器中。這種細(xì)分技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)，例如實(shí)現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)，例如2000，甚至一萬(wàn)，甚至一萬(wàn)。平衡補(bǔ)償式平衡補(bǔ)償式細(xì)細(xì)分電路分電路可分為跟蹤式細(xì)分電路和程序平衡式

19、可分為跟蹤式細(xì)分電路和程序平衡式細(xì)細(xì)分電路。分電路。 跟蹤式細(xì)分電路是一種帶有負(fù)反饋回路的閉環(huán)系統(tǒng)跟蹤式細(xì)分電路是一種帶有負(fù)反饋回路的閉環(huán)系統(tǒng),原理原理圖如下。圖如下。 FxxK1ioF閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度閉環(huán)系統(tǒng)的靈敏度 圖中圖中, xi為系統(tǒng)模擬輸入量，可為長(zhǎng)為系統(tǒng)模擬輸入量，可為長(zhǎng)(角角)度，也可為電參數(shù)度，也可為電參數(shù),如如幅值、相位、頻率等。幅值、相位、頻率等。 x0為系統(tǒng)輸出量，是數(shù)字代碼，代碼為系統(tǒng)輸出量，是數(shù)字代碼，代碼形式多數(shù)是脈沖數(shù)。形式多數(shù)是脈沖數(shù)。K1Kn為前饋回路諸環(huán)節(jié)的靈敏度為前饋回路諸環(huán)節(jié)的靈敏度(或傳或傳遞函數(shù)遞函數(shù))，其積為，其積為Ks。F為反饋環(huán)節(jié)的靈敏度。反饋

20、環(huán)節(jié)的輸入為反饋環(huán)節(jié)的靈敏度。反饋環(huán)節(jié)的輸入是系統(tǒng)數(shù)字輸出量是系統(tǒng)數(shù)字輸出量x0 ，其輸出是補(bǔ)償量其輸出是補(bǔ)償量xF 。xF與與xi在在比較器中比較器中比較比較,比較結(jié)果是誤差信號(hào)比較結(jié)果是誤差信號(hào)xi -xF。所謂跟蹤就是用所謂跟蹤就是用xF去去補(bǔ)償補(bǔ)償xi的的變化。為使比較結(jié)果的殘差變化。為使比較結(jié)果的殘差xi -xF能能等于零等于零,在前饋回路中常采在前饋回路中常采用積分環(huán)節(jié)。用積分環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)平衡時(shí)系統(tǒng)平衡時(shí)xi -xF=0 ,有有 iFiFxxKFxFxx00, 可見(jiàn)可見(jiàn), KF由由F決定決定, 與與Ks無(wú)關(guān)，或關(guān)系極小。僅無(wú)關(guān)，或關(guān)系極小。僅要求要求F夠大，可放寬對(duì)夠大，可放寬對(duì)K

21、s的線性穩(wěn)定性要求，這的線性穩(wěn)定性要求，這是系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)的原因之一；是系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)的原因之一； F要精確、穩(wěn)要精確、穩(wěn)定。反饋環(huán)節(jié)通常是數(shù)字分頻器，它比較容易做定。反饋環(huán)節(jié)通常是數(shù)字分頻器，它比較容易做得精確、得精確、 穩(wěn)定，這是系統(tǒng)本身能有高精度的重要穩(wěn)定，這是系統(tǒng)本身能有高精度的重要原因原因; KF是是F的倒數(shù)，系統(tǒng)的細(xì)分?jǐn)?shù)就等于分頻器的倒數(shù)，系統(tǒng)的細(xì)分?jǐn)?shù)就等于分頻器的分頻數(shù)，分頻數(shù)比較容易做得大的分頻數(shù)，分頻數(shù)比較容易做得大,因而系統(tǒng)能實(shí)因而系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。反饋環(huán)節(jié)就是細(xì)分機(jī)構(gòu)。現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。反饋環(huán)節(jié)就是細(xì)分機(jī)構(gòu)。7.2.1 相位跟蹤細(xì)分相位跟蹤細(xì)分7.2.1.1 原理原理

22、鑒別相位，實(shí)現(xiàn)細(xì)分辨向。用于鑒相型感應(yīng)同步器。鑒別相位，實(shí)現(xiàn)細(xì)分辨向。用于鑒相型感應(yīng)同步器。 將兩路同頻率、同幅值的正交電壓：將兩路同頻率、同幅值的正交電壓： 和和 ，分別接在感應(yīng)同步器的正、余弦繞組，分別接在感應(yīng)同步器的正、余弦繞組(滑尺滑尺)上，則在定尺上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為：上，則在定尺上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為： uEtssin uEtccos uk Etx/WUtjvmjsin(2)sin() 式中式中Um、 載波信號(hào)的振幅和角頻率；載波信號(hào)的振幅和角頻率； j調(diào)制相移角，調(diào)制相移角， j通常與被測(cè)位移通常與被測(cè)位移x成成正比，正比， j=2 x/W，W為標(biāo)尺節(jié)距為標(biāo)尺節(jié)距。 相位調(diào)制信號(hào)，作為

23、相位跟蹤細(xì)分的輸入信號(hào)。相位調(diào)制信號(hào)，作為相位跟蹤細(xì)分的輸入信號(hào)。 當(dāng)被測(cè)量當(dāng)被測(cè)量x發(fā)生變化時(shí)，相移角發(fā)生變化時(shí)，相移角 j隨之變化。隨之變化。uj經(jīng)放大經(jīng)放大整形為方波后送入鑒相電路，使整形為方波后送入鑒相電路，使 j與相對(duì)相位基準(zhǔn)分頻器與相對(duì)相位基準(zhǔn)分頻器輸出的補(bǔ)償信號(hào)輸出的補(bǔ)償信號(hào) d進(jìn)行比較。當(dāng)偏差信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)偏差信號(hào) j- - d超過(guò)門(mén)檻時(shí)，超過(guò)門(mén)檻時(shí)，移相脈沖門(mén)打開(kāi)，輸出移相脈沖。此脈沖改變移相脈沖門(mén)打開(kāi)，輸出移相脈沖。此脈沖改變 d，使使 d跟跟蹤蹤 j，當(dāng)當(dāng) d= j時(shí)系統(tǒng)平衡，關(guān)閉移相脈沖門(mén)，停發(fā)移相脈時(shí)系統(tǒng)平衡，關(guān)閉移相脈沖門(mén)，停發(fā)移相脈沖。此時(shí)顯示電路的示值沖。此時(shí)

24、顯示電路的示值(移相脈沖數(shù)移相脈沖數(shù))代表被測(cè)位移。代表被測(cè)位移。鑒相電路鑒相電路移移相相脈沖門(mén)脈沖門(mén) 相對(duì)相位相對(duì)相位基準(zhǔn)分頻器基準(zhǔn)分頻器顯示電路顯示電路放大整形放大整形Umsin( t+ j) d j- - d移相脈沖移相脈沖7.2.1.1 相位跟蹤細(xì)分原理相位跟蹤細(xì)分原理xWj2 2. 鑒相電路鑒相電路鑒相電路要做三方面的工作：鑒相電路要做三方面的工作：（1）確定偏差信號(hào)確定偏差信號(hào) j- d是否超過(guò)門(mén)檻；是否超過(guò)門(mén)檻；（2）確定輸出確定輸出Ux與偏差信號(hào)與偏差信號(hào) j- d相對(duì)應(yīng)的方波脈寬信號(hào)相對(duì)應(yīng)的方波脈寬信號(hào)（3）確定確定 j與與 d的導(dǎo)前、滯后關(guān)系，以確定滑尺移動(dòng)方向，的導(dǎo)前、滯

25、后關(guān)系，以確定滑尺移動(dòng)方向，也就是辨向。也就是辨向。n鑒相電路如下圖所示。鑒相電路如下圖所示。此鑒相電路沒(méi)有門(mén)檻，會(huì)有在平衡此鑒相電路沒(méi)有門(mén)檻，會(huì)有在平衡點(diǎn)附近振擺跟蹤的問(wèn)題。點(diǎn)附近振擺跟蹤的問(wèn)題。 UdUX&Uc Uj UdDG1Uc Uj DG2DG3DG4DG5FXFXa)UjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUcDG1DG2UxFxb)c)圖圖7-13鑒相電路鑒相電路a) 電路圖電路圖 b) 正向波形圖正向波形圖 c) 反向波形圖反向波形圖 F Fx x=1=1時(shí)表示正向運(yùn)動(dòng)，時(shí)表示正向運(yùn)動(dòng)，U Uj j超前超前U Ud d( ( j j導(dǎo)導(dǎo) d d) )；F Fx x=0=

26、0時(shí)表示反向運(yùn)動(dòng)，時(shí)表示反向運(yùn)動(dòng)，U Uj j滯后滯后U Ud d ( ( j j滯后滯后 d d) )。U Uj j為放大整形后的方波信號(hào)，為放大整形后的方波信號(hào)，U Ud d為相對(duì)相位基準(zhǔn)輸出的方波補(bǔ)償為相對(duì)相位基準(zhǔn)輸出的方波補(bǔ)償信號(hào)，信號(hào)，U Uc c是為了辨向而采用的方是為了辨向而采用的方波信號(hào)，波信號(hào)，U Ux x的脈寬代表的脈寬代表U Uj j與與U Ud d此此的相位差。的相位差。鑒相電路沒(méi)有門(mén)檻，會(huì)有在平衡鑒相電路沒(méi)有門(mén)檻，會(huì)有在平衡點(diǎn)點(diǎn)( ( j j= = d d) )附近振擺跟蹤的問(wèn)題。附近振擺跟蹤的問(wèn)題。 UdUX&Uc Uj UdDG1Uc Uj DG2DG3D

27、G4DG5FXFXUj Ud RRCCa)UjUjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUdUcDG1DG2UxFxb)c)圖7-14 有門(mén)檻的鑒相電路（增加RC延時(shí)回路）a) 電路圖 b) 正向波形圖 c) 反向波形圖 Uj超前時(shí)只有超前時(shí)只有D DG1G1可能輸出可能輸出低電平低電平, , 的上升要滯后于的上升要滯后于的的Uj上升，若上升，若Uj與與Ud的相的相位差很小，在位差很小，在 到達(dá)開(kāi)門(mén)到達(dá)開(kāi)門(mén)電平前電平前Ud 已經(jīng)上跳，就不已經(jīng)上跳，就不會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生Ux為高電平的相位為高電平的相位差信號(hào)。差信號(hào)。當(dāng)當(dāng)U Uj j滯后時(shí)，只有滯后時(shí)，只有DG2有可有可能有低電平，能有低電平， 是是U

28、d的延時(shí)的延時(shí)信號(hào)，也可以起門(mén)檻作用。信號(hào)，也可以起門(mén)檻作用。改變電阻改變電阻R R和電容和電容C C大小可大小可改變門(mén)檻大小。改變門(mén)檻大小。UjUjUdUjU圖7-15 加減進(jìn)入相對(duì)相位基準(zhǔn)脈沖改變d 原理圖 a) 時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖b) 正常分頻正常分頻Udc) 減脈沖減脈沖d) 使使 d延后延后e) 加脈沖加脈沖f) 使使 d前移前移減脈沖減脈沖加脈沖加脈沖相對(duì)相位基準(zhǔn)是產(chǎn)生相位跟蹤信號(hào)d的機(jī)構(gòu)同時(shí)也是細(xì)分機(jī)構(gòu)，兩個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)來(lái)自時(shí)鐘，經(jīng)分頻產(chǎn)生原始的相位跟蹤信號(hào)Ud ，另一個(gè)來(lái)自移相脈沖門(mén)改變相位跟蹤信號(hào)d 原理圖如下。3. 相對(duì)相位基準(zhǔn)和移相脈沖門(mén)相對(duì)相位基準(zhǔn)和移相脈沖門(mén)4測(cè)量速度測(cè)量速度 動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)（指在部件移動(dòng)過(guò)程中就要讀動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)（指在部件移動(dòng)過(guò)程中就要讀出它的位移），為使測(cè)量速度引起的誤差出它的位移），為使測(cè)量速度引起的誤差不超過(guò)