辨向与细分电路

1.辨向电路
　　无论测量直线位移还是测量角位移，都必须能够根据传感器的输出信号判别移动的方向，即判断是正向移动还是反向移动，是顺时针旋转还是逆时针旋转。
　　但是，仅有一个光电元件的输出无法判别光栅的移动方向，因为在一点观察时，不论主光栅向哪个方向运动，莫尔条纹均作明暗交替变化。为了辨别方向，通常采用在相隔1/4莫尔条纹间距B的位置上安放两个光电元件，获得相位差为90º的两个信号，然后送到如图12.1.5所示的辨向电路进行处理。

　　假设当主光栅向左移动时，莫尔条纹向上移动，两个光电元件分别输出电压信号U1和U2，如图12.1.6（a），经过放大、整形，得到两个相位差为的方波信号和。经反相后得到，、经过微分电路后得到两组电脉冲、，分别输入到与门、。对于与门Y1，由于处于高电平时，总是为低电平，故脉冲被阻塞，Y1输出为零；对于与门Y2，处于高电平时，也为高电平，故允许脉冲通过，并触发加减控制触发器使之置1，可逆计数器对与门Y`输出的脉冲进行加法计数。同理，当标尺光栅向右移动时，输出信号波形如图12.1.6（b）所示，与门Y2被阻塞，Y1输出脉冲信号使触发器置0，可逆计数器对与门Y2输出的脉冲进行减法计数。主光栅每移动一个栅距，辨向电路只输出一个脉冲。计数器所计的脉冲个数即代表光栅的位移。
2.细分电路
　　光栅数字传感器的测量分辨率等于一个栅距。但是，在精密检测中常常需要测量比栅距更小的位移量，为了提高分辨率，可以采用两种方法实现：1）增加刻线密度来减小栅距，但是这种方法受光栅刻线工艺的限制。2）采用细分技术，使光栅每移动一个栅距时输出均匀分布的n个脉冲，从而得到比栅距更小的分度值，使分辨力提高到。
　　细分的方法有多种，如直接细分、电桥细分、锁相细分、调制信号细分、软件细分等。下面介绍常用的直接细分方法。

直接细分又称位置细分，常用细分数为4，因此也称为四倍频细分。图12.1.7给出了一种四倍频细分电路及其波形。在上述辨向电路的基础上，将获得的两个相位相差90º的正弦信号分别整形和反相，就可得到4个相位依次为0°(S)、90º(C)、180º()、270º()的方波信号，经RC微分电路后就可在光栅移动一个栅距时，得到均匀分布的4个计数脉冲，再送到可逆计数器进行加法或减法计数，这样可将分辩率提高4倍。

　　　　　　　　　　　　　图12.1.7 四倍频细分电路及波形　  

　　四倍频细分的优点是电路简单，对莫尔条纹信号的波形无严格要求，其缺点是细分数不高。采用电桥细分、调制信号细分、锁相细分等可有效提高细分数，有关细分电路请参阅其他资料。