信号细分与辨向电路

1、1直传式细分 信号细分电路概念：信号细分电路概念： 2 信号细分电路又称插补器，是采用是采用电路电路的手段对的手段对周期性的测量信号进行周期性的测量信号进行插值插值提高仪器分辨力。提高仪器分辨力。 随着电子技术的飞速发展，细分电路可达到的分辨率越来越高，同时成本却在不断降低，电路细分电路细分已经成为人们提高仪器分辨率的主要手段之一已经成为人们提高仪器分辨率的主要手段之一。3 信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。 细分电路在机械和电子等领域有着广泛的应用主要主要针对测控系统中应用广泛的针对测控系统中应用广泛的位移位移信号信号 这类信号的这类信号的共同特点共同特点是：是

2、：电路细分原因：电路细分原因： 4 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电路。细分的基本原理：细分的基本原理：5 根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变测量信号的波形、振幅或者相位的变化规律化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。细分电路的分类：细分电路的分类：6按工作原理，可分为直传式细分和平衡补偿式细分。 按所处理的信号，可分为调制信号细分电路和非调制信号细分电路。7xi x1 xo K1 K2 Kmx1 x2直传式细分电路

3、由若干环节串联而成。 输入量：来自位移传感器的周期信号，以一对正、余弦信号或者相移为900的两路方波最为常见。 输出量：有多种形式，有时为频率更高的脉冲或模拟信号，有时为可供计算机直接读取的数字信号。 中间环节完成从输入到输出的转换，常由波形变换电路、比较器、模拟数字转换器和逻辑电路等组成。各环节依次向末端传递信息直传的意思。系统灵敏度：系统灵敏度：8mjjjxKxKx1sisoKsj xo对xj的灵敏度, Ksj=Kj+1Km msKKKKK.321 电路结构属于开环系统，系统总的灵敏度(也称传递函数) Ks为各个环节灵敏度Kj(j=1m)之积。 如果个别环节灵敏度Kj发生变化，它势必会引起

4、系统总的灵敏度的变化。此外，由于干扰等原因，当某一环节的输入量有增量 时，都会引起输出量xo的变化，此时：jx直传系统特点：直传系统特点：9 直传式系统信号单向传递，故越在前面的环节，其输入变动量所引起的xo的变动量越大。因此要保持系统的精度必须稳定各环节的灵敏度，特别是减少靠近输入端的环节的误差。缺点：缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于平衡补偿系统。 优点：优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构简单、响应速度快，有着广泛的应用。 10典型的直传式细分电路典型的直传式细分电路11四细分辨向电路电阻链分相细分微型计算机细分只读存储器细分 输入信号：具有一定相位差(通常为90)的两路方波信

5、号。 细分的原理：基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分。 辨向：根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据。 12四细分辨向电路是最为常用的细分辨向电路。单稳四细分辨向电路单稳四细分辨向电路13 原理： 利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。14DG7&UO1DG5UO2DG10R1&1&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA1BBBAAAABBB1图7-2 单稳四细分辨向电路 AABB15ABABUo1Uo2a)ABABUo1Uo2b) 电阻链分相细分是

6、应用很广的细分技术，主要实现对正余弦模拟信号的细分。 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相同的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。 1617 设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交流电压u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost 。)/(cos)/(sin211212RRtRERRtREuo u1 u2uo u2 R1R2uou1211RRER212RRER)/(212221RRRREUom)/arctan(21RR 输出电压的幅值与相位都与R1和R2的比值有关。 不同相的输出

7、电压信号经电压比较器整形为方波，然后经逻辑电路处理即可实现细分。1836o108o18o0o162o90o54o72o144o126o56k33k18k24k18k24k56k33k24k33k56k18k33k24k18k56k12k12k123564131211981065411312118910EsintEcost-Esint-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N-+N= = 1= = 1= = 1= = 1= = 123= = 1= = 1= = 1UR电阻链五倍频细分电路比较器191231311131211356481098104 Esint五倍频细分电路的波形优点:

8、 具有良好的动态特性，应用广泛。缺点: 细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使电路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场合。2021 微型计算机具有丰富的运算和逻辑功能，它可用来完成细分，从而简化仪器电路（硬件）结构，增强仪器功能，提高仪器精度。221 2 3 4 5 6 7 8u1u2b) 卦限图 两路原始正交信号u1=Asin和u2=Acos作为输入。微机通过判别两信号的极性和绝对值的大小，实现8细分。辨向电路可逆计数器数字计算机Acos 过零比较器/#/# 显示电路a) 电路原理图Asin23卦限u1的极性u2的极性|u1|、|u2|大小1+|u1|u2|2+|u1|u2|

9、3+|u1|u2|4+|u1|u2|5|u1|u2|6|u1|u2|7+|u1|u2|8+|u1|u2|24 在一个卦限内，按信号绝对值比值大小，还可以再实现若干细分。|cos|sin|tan|21uuAA或|sin|cos|cot|12uuAA1 2 3 4 5 6 7 8u1u2b) 卦限图 在1、4、5、8卦限用|tan|，在2、3、6、7卦限用|cot|。上述卦限中的|tan|或|cot|值都在0到1之间变化，因而可用00450间的|tan|值来表示。这样，在计算机中固化一个表，如果每卦细分数为N，则用N个存储单元固化00450间N个正切值。两信号|u1|、|u2|的比值可按：25 例

10、如N=25，经8细分后的每个卦限再被细分成25份，微机在此表中查询与已算得的|tan|值或|cot|值最接近的存储单元，如果该存储单元是正切表的第k个单元，则相位角对应的细分数x由下列公式决定：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+k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然后计算x对应的被测量，也就实现了细分。优点： 26 这种细分方法由于还需要进行软件查表，细分速度慢，主要用于输入信号频率不高或静态测量中。)/arctan(21uu)/arctan(12uu 利用判别卦限和查表实现细分，相对来说减少了计算机运算时间，若直接算反函数 或 要花更多的时间；通过修改程序和正切表，很容易实现高的细分数。n缺点： 27只读存储器减计数锁存器周期计数器逻辑控制器AsinAcosXY细分锁存器加减信号发生 器加/#/#D0D6D7D8D9. 只读存储器细分是微型计算机细分的发展，旨在解决微机细分中软件查表速度慢的问题，改软件查表为硬件查表。280 128 255XY255128 图7-10 模/数转换结果与对应角度的关系 )128(128128arctg)128,128(23)128,128(2)128,128