测控电路第七章信号细分与辨向电路.ppt
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第七章信号细分与辨向电路,计量测试工程学院朱维斌,计量测试工程学院朱维斌,信号细分电路概念:
信号细分电路又称插补器,是采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。
信号的共同特点:
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。
电路细分原因:
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:
根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变化规律,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。
辨向:
由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动,在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。
计量测试工程学院朱维斌,7.1直传式细分,细分电路,直传式细分,平衡补偿式细分:
带反馈,可实现高细分数。
xix1xo,K1,K2,Km,x2,x2,x1,K1、K2、Km为各个环节的灵敏度,中间环节可能是波形变换电路、比较器或D/A等等。
总的灵敏度:
Ks=K1K2Km,直传式系统抗干扰能力差,精度低于平衡补偿式,但是速度快,简单。
越靠近输入端,越要做的精细。
计量测试工程学院朱维斌,一、四细分辨向电路,要求:
输入两路具有90相位差的方波信号。
A,B,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。
原理:
利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。
典型的积分式单稳触发器,稳态,暂态,A在上边沿的时候,进入暂态,触发一个在脉冲A,稳定时:
VI=0,Vo1=1,Vo2=1,Vo=0,上升沿来:
VI=1,Vo1=0,Vo2=1,Vo=1,电容C1开始通过电阻R1放电,当电阻两端下降到VTH时,Vo=0,退出暂态。
阈值电平,计量测试工程学院朱维斌,正向运动,单稳四细分辨向电路,第1个过程:
A上升沿的时候,A产生一个窄脉冲。
B=0,B=1,DG10、DG5为与或非门。
Uo1有计数脉冲输出,Uo2无输出。
A下降沿的时候,A产生一个窄脉冲。
同样,Uo1有计数脉冲输出,Uo2无输出。
B上升沿的时候,B产生一个窄脉冲。
同样,Uo1有计数脉冲输出,Uo2无输出。
B下降沿的时候,B产生一个窄脉冲。
同样,Uo1有计数脉冲输出,Uo2无输出。
A,Uo1在正向运动时,插入了四个为零的计数脉冲,Uo2一直为高电平。
计量测试工程学院朱维斌,反向运动,反之:
反向运动时,B在A的前面,这时在Uo2中输入了四个为零的计数脉冲,Uo1无输出,一直为高电平,DG5Uo1,DG10Uo2,哪一个输出关系着辨向,根据上述原理,已制成集成电路C5194、C5191,计量测试工程学院朱维斌,图为一单稳辨向电路,输入信号A、B为相位差90的方波信号,分析其辨向原理,并分别就A导前B90、B导前A90的情况,画出A、Uo1、Uo2的波形。
可见,当A导前B90时,Uo1有输出,Uo2无输出,当B导前A90时,Uo1无输出,Uo2有输出,实现辨向。
计量测试工程学院朱维斌,二、电阻链分相细分,要求信号为一对正余弦信号。
一、工作原理,在电阻链两端施加相位差90,频率相同的相位信号,由于两信号的叠加作用,在电阻链各接点上,可得幅值和相位都不相同的电信号,这些信号经整形、脉冲形成后,就能获得若干个计数脉冲。
图7-5电阻链分相细分,a)原理图,b)矢量图,根据叠加原理:
uo的幅值:
uo的相位:
相关,uom,相关,所以改变R1、R2比值,就能改变、uom,uo是沿u1、u2直线运动,=45时,uom有最小值。
计量测试工程学院朱维斌,这里讲的的是090第一象限的情况。
同理:
cost,-sint,每一个臂上都是电位器,可以用来调整相位。
电阻并联桥,在四个象限内依次有一个相位差的若干输出电压。
计量测试工程学院朱维斌,例:
若采用这种移相桥实现12细分,所有的电位器电阻值均为12K,计算第一象限的各电阻值分阻阻值。
每个象限内相位差30,0:
R1=0K,R2=12K,30:
R1=4.39K,R2=7.61K,60:
R1=7.61K,R2=4.39K,计量测试工程学院朱维斌,经电阻链细分后,各相信号仍是模拟信号,为实现数字化,要把它们变换为逻辑“0”或“1”电平,这项工作由电压比较器完成。
左半部分是两个区间的细分,右边是比较器(施密特比较器)。
设比较器输出高、低电平电压分别为UOH和UOL。
两个门限电压:
滞后电平:
计量测试工程学院朱维斌,电阻链5倍频细分电路,从比较器得到的10路方波信号再经过异或门逻辑组合电路,在3和4端获得两路相位差为90的五倍频方波信号。
注意:
该5倍频信号正好满足上述四细分电路对输入信号的要求。
计量测试工程学院朱维斌,参照图7-6电阻链五倍频细分电路的原理,设计一电阻链二倍频细分电路。
电阻链二倍频细分电路如图所示,其输出A、B为相位差45的二路信号,它们的频率是输入信号频率的二倍,计量测试工程学院朱维斌,ThankYou!
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