專(zhuān)利名稱(chēng)：新型光柵信號(hào)細(xì)分儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用計(jì)算機(jī)細(xì)分光柵信號(hào)的儀器，屬于光柵檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有光柵應(yīng)用技術(shù)中，普遍采用將光柵輸出信號(hào)整形成方波，再用倍頻和鑒相(或計(jì)數(shù))的方法加以細(xì)分，以達(dá)到測(cè)量定位的目的。這種方法不僅使用放大、整形、倍頻和鑒相技術(shù)，而且要通過(guò)接口電路送計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)。由于電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)環(huán)節(jié)過(guò)多，因而容易出錯(cuò)，造成系統(tǒng)的可靠性不高。
本實(shí)用新型的目的在于采用新的技術(shù)方案簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，提供一種檢測(cè)精度高、性能可靠的計(jì)算機(jī)細(xì)分光柵信號(hào)儀。
本實(shí)用新型由光柵組、光電池、信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其特點(diǎn)在于光電池采用四相光電池，信號(hào)處理器由放大器、模擬開(kāi)關(guān)、零階保持器、A／D轉(zhuǎn)換器和可編程的輸入輸出接口構(gòu)成，計(jì)算機(jī)讀取的數(shù)字量直接由放大器的輸出量經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)選擇和A／D變換后取得。光柵組(1)產(chǎn)生的莫爾條紋，經(jīng)四相光電池(2)采樣后送兩路高精度放大電路組成的放大器(3)迭加放大，其中四相光電池的第1、3相迭加成正弦信號(hào)，第2、4相迭加成余弦信號(hào)，它們的峰－峰值分別被放大到－5伏～＋5伏的范圍。放大器(3)輸出的兩路信號(hào)經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)(4)選擇，分時(shí)送到零階保持器(5)，經(jīng)過(guò)十位A／D轉(zhuǎn)換器(6)和可編程輸入輸出(I／C)接口(7)，由計(jì)算機(jī)(8)讀取I／O接口(7)上的數(shù)字量進(jìn)行100細(xì)分，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)精確定位。
本實(shí)用新型采用對(duì)信號(hào)放大后送模擬選擇開(kāi)關(guān)選擇，經(jīng)A／D變換后送計(jì)算機(jī)細(xì)分的方案，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元器件和接插件少、性能可靠和成本低廉、細(xì)分精度高等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)在自行研制的圖形發(fā)生器上試用，證明本實(shí)用新型使用方便靈活，并且可以根據(jù)需要，任意細(xì)分光柵信號(hào)，提高光柵檢測(cè)系統(tǒng)的精度，檢測(cè)精度可達(dá)0.1微米。


圖1是本儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光柵信號(hào)放大器的電路原理示意圖，圖中B組電路結(jié)構(gòu)與A組完全相同；圖3是A／D變換器和I／O接口電路示意圖，圖中4052與圖2中4052為同一片電路。
本實(shí)用新型可采用如下方案實(shí)施由四相光電池輸出的信號(hào)e1、e2、e3和e4分兩組輸入結(jié)構(gòu)完全相同的A、B兩組高穩(wěn)定度的放大電路進(jìn)行放大，e1和e3輸入A組電路，e2和e4輸入B組電路。如圖2所示，A組放大電路的前置部分由兩片運(yùn)算放大器7650構(gòu)成，它們的5端為輸入信號(hào)端，4端與輸出端通過(guò)電阻R1、R3構(gòu)成負(fù)反饋，并由電阻R2連接兩個(gè)運(yùn)算放大器的4端，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R2可以方便地改變兩個(gè)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，而無(wú)需改動(dòng)其它參數(shù)。前置放大后的信號(hào)送到運(yùn)放725的2、3端進(jìn)行迭加并放大，其輸出為VP－P＝±5V的一路正弦信號(hào)。B組的放大電路與A組完全相同，只是其輸出信號(hào)在相位上與A組相差90°，故稱(chēng)為余弦信號(hào)。放大器可以由六片運(yùn)算放大電路構(gòu)成，A、B兩組放大電路的輸出信號(hào)被分時(shí)選進(jìn)由集成電路4052構(gòu)成的模擬開(kāi)關(guān)，其選擇時(shí)間由計(jì)算機(jī)控制。如圖3所示，模擬開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)保持器LF398送入A／D轉(zhuǎn)換器AD571轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由計(jì)算機(jī)通過(guò)可編程I／O接口8255讀入這組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理判斷，得到100細(xì)分的結(jié)果，并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以為力矩電機(jī)或其它電機(jī)控制的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)體，它可以在計(jì)算機(jī)細(xì)分光柵信號(hào)控制下實(shí)現(xiàn)精確位移。光柵組由檢測(cè)光柵和指示光柵組成，可采用50線(xiàn)／毫米、100線(xiàn)／毫米、200線(xiàn)／毫米等型號(hào)。四相光電池可用北京光電器件廠生產(chǎn)的2CR41－4型光電池，也可用類(lèi)似的光電池或光電二極管等。為了保證光柵信號(hào)及時(shí)準(zhǔn)確地傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，模擬開(kāi)關(guān)(4)、零階保持器(5)、A／D變換器(6)和可編程輸入輸出接口(7)均由計(jì)算機(jī)(8)直接控制。計(jì)算機(jī)通過(guò)I／O接口8255的PA6、PA7端對(duì)模擬開(kāi)關(guān)4052的9、10端進(jìn)行控制，當(dāng)9、10端分別為00時(shí)，則選通12端(對(duì)應(yīng)圖2中的A組輸出正弦信號(hào))，當(dāng)9、10端為01時(shí)，則選通14端(對(duì)應(yīng)圖2中的B組輸出余弦信號(hào))。同樣，當(dāng)I／O接口的PA3端為高信號(hào)時(shí)，通過(guò)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制AD571讀數(shù)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換完畢后AD571的17端輸出一高信號(hào)反過(guò)來(lái)封住11端。完成A／D轉(zhuǎn)換后，計(jì)算機(jī)就可直接從I／O接口8255上讀取數(shù)字量，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。計(jì)算機(jī)可采用普通型微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。
權(quán)利要求1.新型光柵信號(hào)細(xì)分儀是一種用計(jì)算機(jī)細(xì)分光柵信號(hào)的儀器，由光柵組、光電池、信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其特征在于光電池采用四相光電池，信號(hào)處理器由放大器、模擬開(kāi)關(guān)、零階保持器、A/D轉(zhuǎn)換器和可編程輸入輸出接口構(gòu)成，計(jì)算機(jī)讀取的數(shù)字量直接由放大器的輸出量經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)選擇和A/D變換后取得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵信號(hào)細(xì)分儀，其特征在于放大器由A、B兩組結(jié)構(gòu)完全相同的高精度和高穩(wěn)定度的放大電路構(gòu)成，A、B兩組電路的四個(gè)輸入端與四相光電池的四個(gè)輸出端相連接，A、B兩組電路輸出相位相差90°的信號(hào)給模擬開(kāi)關(guān)，由計(jì)算機(jī)控制模擬開(kāi)關(guān)的選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光柵信號(hào)細(xì)分儀，其特征在于放大器可由六片運(yùn)算放大電路構(gòu)成，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光柵信號(hào)細(xì)分儀，其特征在于模擬開(kāi)關(guān)(4)的輸出端通過(guò)零階保持器(5)、A／D變換器(6)與可編程輸入輸出接口(7)的輸入端相連接，模擬開(kāi)關(guān)(4)、零階保持器(5)、A／D變換器(6)和可編程輸入輸出接口(7)均由計(jì)算機(jī)(8)直接控制。
專(zhuān)利摘要新型光柵信號(hào)細(xì)分儀是一種光柵檢測(cè)裝置，由光柵組、四相光電池、信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，其特點(diǎn)在于信號(hào)處理器由高精度放大器、模擬開(kāi)關(guān)、零階保持器、A/D轉(zhuǎn)換器和可編程的輸入輸出接口構(gòu)成。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件和接插件少，性能可靠和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，使用方便靈活，可根據(jù)需要任意細(xì)分光柵信號(hào)，從而提高光柵檢測(cè)系統(tǒng)的精度。
文檔編號(hào)G01B11/00GK2049760SQ8821948
公開(kāi)日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1988年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月14日
發(fā)明者丁康源, 張中平, 陸履豪, 王澄非 申請(qǐng)人:東南大學(xué)