基于EPA的光柵位移測量系統

SGC－4．2型光柵傳感器輸出的是HTL方波信號，而QA740210的工作電壓為+5 V，所以必須通過電平轉換才能實現倍頻脈沖的輸出。電平轉換電路如圖5所示。

4．2 電源電路
在進行整個控制系統設計時，如果電源系統過于復雜和冗余，不僅會對其他部分電路產生電磁干擾，而且經濟效益也不好，所以設計中所有芯片都選擇的是5 V、3．3 V或者1．8 V供電電壓。這樣，電源設計時只要用3片LM2596和一些電容、電感、二極管等就可以將24 V電壓直接轉化為所需電壓，電路設計不僅容易，也非常經濟，電源電路如圖6所示。具體使用時可以根據需要選擇LM2596－5V、LM2596－3．3V、LM2596－1．8V的芯片。要獲得+1．8 V和+5 V時用圖6(a)的接法，要獲得+3．3 V時，用圖6(b)的接法。

4．3 人機接口和聲光報警電路
為限制位移執行機構在規定的范圍內運動，必須用軟件設置限位開關，每一邊界有一限位開關。當撞到限位開關時，通過DS80C410從輸出端口P5．2輸出一個“1”電平，經電阻分壓后，7920A的控制端MT得到約+1．5 V的電壓，于是從其樂曲信號輸出端OUT輸出華爾茲樂曲信號，經過放大電路M51182L放大后，驅動揚聲器發出相應的報警樂曲聲，音量的大小可以通過調整10 kΩ電位器來實現。同時接通發光二極管，紅燈報警，同時控制電機停止運轉。具體電路如圖7所示。

4．4 工業以太網接口電路
工業以太網接口電路是由微控制器DS80C410、以太網收發器LXT972ALC、網絡隔離變壓器S558－5999－T7、RJ45接頭和雙膠線等組成。以太網接口電路的作用，一方面是將工業現場的觀測數據上傳到以太網絡上，便于相關的管理部門或個人進行決策管理；另一方面是將工業以太網的數據及操作命令傳送到工業現場，管理現場的測量系統進行實時有效的工作。當只進行現場測量工作，而不需要進行以太網通信時，可以由微控制器DS80C410直接控制整個現場設備。所以測量系統既具有單系統現場測量的可操作性，又具有網絡化測量的便捷性的優點。整個工業以太網接口電路略。

5 提高測量分辨率及精度的措施
5．1 溫度對測量精度的影響及補償
由于熱脹冷縮的作用，光柵刻線的間距會隨溫度而變化，這勢必會影響測量的精度。在溫度變化較大而對精度的要求又比較高的場合，必須對溫度進行補償。對于相同的材料和相同的結構形式，其溫度引起形變的特性是相同的。補償的步驟是設定環境溫度在20℃時光柵的輸出為沒有溫度誤差的標準輸出，在20℃附近選擇一系列等間隔溫度點，經過若干溫度的正(反)行程，在這些溫度點上測出柵尺的總體形變值，得出溫度形變相關數據。利用這些數據進行特性曲線的擬合，擬合曲線即可進行對溫度誤差的修正。擬合的曲線的多項式選擇二階或三階就足夠了，形式為：
ε＝a3t3+a2t2+azt+a0 (2)
式中ε為光柵尺的形變，t為溫度，ai為待定系數。擬合方法采用最小二乘法，求得的擬合多項式即表示了溫度與光柵形變的近似關系。進行補償時有兩種辦法：一是將曲線的系數存于非易失性存儲器中，修正時直接計算以上多項式；另一種是將以上曲線做成表格，補償時，查表并插值。
5．2 提高系統抗干擾能力
光柵傳感器在具有振動的環境下進行測量時，經常遇到干擾。在A相或B相的邊緣處，即在電平跳變處，由于微小的振動，會在邊緣處出現無數的小尖峰，使計數器誤觸發影響了計數精度。為此可以采用定時／計數器的飛讀或利用對脈沖有效性判斷等方法來提高系統的測量精度。