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一种光栅信号的电子细分研究和设计_论文

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S C IE NC E & T 任 HNO [ OG Y INF ORM A T IO N C 高渐 技 术 一种.光 栅信号 的 电子细分研 究和设计 ① 闰如胜 马修水 (安徽大学测量与控制工程系 合肥 2 30 0 3引 摘 要: 嵌光通过只白光橱产生二次英尔条纹,在光电传感器接收面上发生干沙,当光橱相时移动时,干沙场光强随之发生线性变 化, 表现形式为 衡出的两 路弦波,相位差, 根据扮出信号特点选用电子相位细分,通过级联芯片QA74 o2 04 和QA74 0 2 。 不仅 1 , 达到2 0 倍电子细分,而且还实现临界报赞与过速报誉两档提示,这两种芯片 价格低康 ,电 路结构简单,具有很强的应用前景。 关键词: 电子细分 QA7峨 oZo4 QA74oZl o 光橱侧1 中 分类号: TNI 图 文献 标识码: A 文 章编号: 1627一a791(2007)12(c卜0002一 02 引言 光栅测量技术是以光栅相对移动形成干 涉场的光强随着光栅位移变化而产生周期相 位变化为基础,当光栅相对位移一个光栅周 期d , 相位变化, 经光电传感器转换成周期性 变化的电信号 (*似正弦信号) ,采用逻辑辨 向电路辨别位移方向,在利用 AR M 系统分 图5 电路中QA740204 的sin 、cos 、一 弓 sin 1 脚 ,芯片内部通过 电阻链对正弦波进行相 移,产生十路正弦波,经十路比较器比较整 形后,通过组合电路 ,组合成两路 5 倍频正 交方波信号 0 1 和 0 2 ,绝对零信号经过电压 3 电路设计 根据以上原理设计的电路原理图如图 5 所示 。 析、处理之前,需将正弦信号转换成数字形 式, 从而需要进行必要的电子细分, 电子细分 的倍数与测量精度成正比,本文采用级联 QA740204 和QA74O , Z10 可以把接收到的正 交弦波信号进行采集、处理,进行准确、快 速的细分,可以达到 2 倍频。 0 , 光栅位移测量结构 本文利用偏振光学元件对参考文献川 中的 光栅测量结构进行了改进, 如图1所示, 这样 做极大地降低了光行程中的能量损失。 由半导体激光器Ll 发射一束波长677nm 的线性光, 垂直穿过偏振分光棱镜PBS 后分 I 成P 偏振光 (以后简称P 光) 和5 偏振光 (以 后简称5 光) , 光垂直入射到标尺光栅 Gl , P 再经指示光栅G3, 形成一次莫尔条文, 然后通 过补偿镜 Bl , 再由全反射镜 MZ将 P 光全 BZ, 反射,经半波片Hl , 将P 光转换成5 光。 偏振分光棱镜 PBS 分成的5 光垂直人射 I 到右角棱镜 R l ,全反射垂直入射到标尺光栅 Gl , 再经指示光栅GZ, 形成一次莫尔条文, 然后通过凸透镜将 1, H位置互换, 再由全反射 镜M l 将5 光全反射,在四相位光电传感器 PDI 上与另一束5 光千涉形成二次莫尔条文, 产生两个不同相位弦波, 相位差/ 2, 如图2所 示,可由此进行方向判断: 当标尺光栅 Gl 在 正电压驱动下向前运动, 信号 1从正到负过零 时, 2 为正; 信号 1从负到正过零时,信 信号 号2 为负; 信号 2 从正到负过零时,信号 1为 负; 信号2 从负到正过零时,信号 1 为正。 QA74OZ10 的频率Fx 可由RZ、CI 的 值决定。当选择B 模式,按键5 1 按下后产 比较器整形后和两路方波信号 ( 1 2 6 0 、 生绝对零信号 ,经电压比较器整形后与两 1 4 4 。) 相与,而获得标准零脉冲信号 路方波信号 ( 12 6 0 、14 40 ) 相与,引脚0 i A B S Z ,输出信号如图 3 所示。芯片 位获得标准零脉冲信号 ,根据 M s 片选为 QA740204 输出信号 0 1、0 2、ABSZ 连接 0, 如果0 度超前90 度+ CP 有输出,计数 器加 1 ,如果 9 0 度超前 0 度 一C P 有输出, 到四倍频专用集成电 路QA7402 O的0 度, l 0 9 度和 ABSZ 引脚, QA7402 0 可将两路正交 计数器减 1。设本电路主频为Fx , 度 (9 0 1 0 的方波进行四倍频后产生两路加、减计数信 度) 的输人频率为 F i ,速度报警输 出 号 ,可将双时钟可逆计数器进行加 、减计 WARN ,当Fi< 1/ SFx 时,WAR N= 0 ; 当 1/ SFx ( Fi< 1/ 6Fx 时, WARN 产生一个 数,也可以直接送微型计算机 (包括单片 机) 进行数据处理,输出加减计数脉冲 + 脉冲; 当 1/ 6F x ( F i 时、WA R N = 1 . 可 C P 、 一 C P ,如 图 4 所示 。 在光栅运动速度接*极限值时给出临界报警 信息 ,以便操作者及时控制光栅运动快慢 , 图1 光栅测量结构 图 L l : 677nm 激光发生器; PBS I 偏振分光棱镜; R l : 右角棱镜; Gl :标 : 尺光栅; GZ: 指示光栅 1; G3 : 指示光栅 2 ; T l 、T Z: 凸透镜; B l 、BZ: 补 偿光栅 ; H l : 半波片 ; M l 、MZ : 全反射*面镜 ; P D I : 四相位光电传感器 2 电子细分原理 光栅测量 中常用的电子细分有相位细 分、 振幅细分和锁相细分。由于上述光学结构 产生信号为两路弦波的特点,所以采用相位 电子细分处理。根据参考文献1 中的方法,利 ] 1 用四相位传感器可以获得放大后 2 路弦波信 号s i n 、c o s ,通过滤波、整形、放大后, 将s n 移相 18 度产生正弦波 一 n , i 0 i s 然后将 上述三个弦波信号经过外部运算处理后输人 ①基金项 目 安徽省教育厅 自然科学基金项 目资助 图2 相位差的两路光栅信号 科技资讯 SCI任 NC任 & TECHNOLOGY } 0 日 N「 MATION



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