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1、機械學院形式開卷閉卷11級研究生密編號：考試日期：11月29日印刷份數：份上海理工大學研究生試題11/12學年第1學期課程名稱：精密檢測技術教師簽章：年月日教研室主任審查意見：簽章：年月日1.試題原稿請于考試前2周送研究生部。2.編號欄由研究生部填寫。共頁第頁上海理工大學研究生課程試題*注：考題全部寫在框內，不要超出邊界。內容一律用黑色墨水書寫或計算機打印，以便復印。2011/2012學年第1學期考試課程精密檢測技術學號姓名得分*下列3題中任選2題二．光柵傳感器在信號處理過程中如何實現判向和細分，如何實現計數
2、？請分別用軟、硬件兩種方法進行解釋。給出必要的原理圖。光柵傳感器的標尺光柵和指示光柵之間的相對移動形成莫爾條紋，經過光電器件轉換使明暗相同的條紋轉換成正弦波變化的電信號，可以得到相位差依次為的四路信號。為記錄光柵上移過的條紋數目，傳感器中采用4個硅光電池來接收莫爾條紋信號。調整莫爾條紋的寬度，使它正好與4個硅光電池的寬度相同。則可直接獲得在相位上依次相差的4路信號，即進行4倍細分，實現了信號處理過程中的細分。四路信號分別為：式中：-----電信號的直流電平，對應于莫爾條紋的平均光強；-----電信號的幅值，對
3、應與莫爾條紋明暗的最大變化；-----光柵的柵距。再經過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為的正弦波或方波，送入光柵數顯表計數顯示。這四路電信號的后續(xù)處理過程是：首先將、和、分別兩兩相減，消除信號中的直流電平，得到兩路相位相差為的正弦信號A、B。光柵移動的位移除了有大小，還具有方向的屬性。為了辨別光柵位移的方向，我們采用4個硅光電池來接收莫爾條紋信號，則輸出的4路信號在相位上依次相差。四路信號，和，分別通過相同的電路實現對位移方向的區(qū)別。當莫爾條紋上移時，設經過硅光電池的前2個，此時，有信號，，無信號，
4、則A點有計數脈沖，B點為恒定電平；當莫爾條紋下移時，設經過硅光電池的后2個，此時，無信號，，有信號，則B點有計數脈沖，A點為恒定電平。用2個不同計數器分別記錄上移和下移所形成的脈沖數，即可實現辨向。圖1光柵傳感器輸出兩路相位相差為90°的方波信號A和B。如圖1所示，用A，B兩相信號的脈沖數表示光柵走過的位移量，光柵傳感器的光柵分正向與反向移動。四倍頻后的信號，經計數器計數后轉化為相對位置，計數可由微處理器內部定時計數器實現計數或由可逆計數器實現對正反向脈沖的計數，最終轉換成實際的線性位移值顯示出來。軟件細分方
5、法：⑴、當光柵正向移動時，光柵輸出的A相信號的相位超前B相90°，則在一個周期內，兩相信號共有4次相對變化：00→10→11→01→00．這樣,如果每發(fā)生一次變化，可逆計數器便實現一次加計數,一個周期內共可實現4次加計數，從而實現正向狀態(tài)的四倍頻計數。⑵、當光柵反向移動時，光柵輸出的A相信號的相位滯后于B相信號90°，則一個周期內兩相信號也有4次相對變化：00→01→11→10→00．同理，如果每發(fā)生一次變化，可逆計數器便實現一次減計數，在一個周期內，共可實現4次減計數，從而實現反向狀態(tài)的四倍頻計數。我們可以
6、得出信號的變化次序，然后通過查表便知道光柵移動的方向。硬件細分的方法：采用單穩(wěn)四細分辨向電路進行直接細分，它是利用單穩(wěn)提取兩路方波信號的邊沿實現四細分。A、B是兩路相位相差為90°的方波信號，傳感器正向移動時，設A導前B(波形如圖3.a所示)，當A發(fā)生正跳變時，由非門DG1、電阻R1、電容C1和與門DG3組成的單穩(wěn)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號A'，此時B為高電平，與或非門DG5有計數脈沖輸出；由于B為低電平，與或非門DG10無計數脈沖輸出。當B發(fā)生正跳變時，由非門DG6、電阻R3、電容C3和與門DG8組成的單穩(wěn)觸發(fā)器
7、輸出窄脈沖信號，此時A為高電平，DG5有計數脈沖輸出，DG10仍無計數脈沖輸出。當A發(fā)生負跳變時，由非門DG2、電阻R2、電容C2和與門DG4組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號A'，此時B為高電平，與或非門DG5有計數脈沖輸出，DG10無計數脈沖輸出。當B發(fā)生負跳變時，由非門DG7、電阻R4、電容C4和與非門DG9組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出窄脈沖信號B'，此時A為高電平，DG5有計數脈沖輸出，DG10無計數脈沖輸出。這樣，在正向運動時，DG5在一個信號周期內依次輸出A'、B'、A'、B'四個計數脈沖，實現了四細分。
8、在傳感器反向運動時(波形如圖3.b所示)，由于A、B的相位關系發(fā)生變化，B導前A，這時DG10在一個信號周期內輸出A'，B'，A'、B'四個計數脈沖，這四個計數脈沖分別出現在B、A、A、B為高電平的半周期內，同樣實現了四細分。DG5、DG10隨運動方向的改變交替輸出脈沖，輸出信號Uo1、Uo2可直接送入標準系列可逆計數集成電路，實現辨向計數。圖2.單穩(wěn)四細分辨向電路圖3.a正向移動圖3.b反響移動三
