辨向與細分電路

1.辨向電路
　　無論測量直線位移還是測量角位移，都必須能夠根據傳感器的輸出信號判別移動的方向，即判斷是正向移動還是反向移動，是順時針旋轉還是逆時針旋轉。
　　但是，僅有一個光電元件的輸出無法判別光柵的移動方向，因為在一點觀察時，不論主光柵向哪個方向運動，莫爾條紋均作明暗交替變化。為了辨別方向，通常采用在相隔1/4莫爾條紋間距B的位置上安放兩個光電元件，獲得相位差為90o的兩個信號，然后送到如圖12.1.5所示的辨向電路進行處理。

　　假設當主光柵向左移動時，莫爾條紋向上移動，兩個光電元件分別輸出電壓信號U1和U2，如圖12.1.6（a），經過放大、整形，得到兩個相位差為的方波信號和。經反相后得到，、經過微分電路后得到兩組電脈沖、，分別輸入到與門、。對于與門Y1，由于處于高電平時，總是為低電平，故脈沖被阻塞，Y1輸出為零；對于與門Y2，處于高電平時，也為高電平，故允許脈沖通過，并觸發加減控制觸發器使之置1，可逆計數器對與門Y`輸出的脈沖進行加法計數。同理，當標尺光柵向右移動時，輸出信號波形如圖12.1.6（b）所示，與門Y2被阻塞，Y1輸出脈沖信號使觸發器置0，可逆計數器對與門Y2輸出的脈沖進行減法計數。主光柵每移動一個柵距，辨向電路只輸出一個脈沖。計數器所計的脈沖個數即代表光柵的位移。
2.細分電路
　　光柵數字傳感器的測量分辨率等于一個柵距。但是，在精密檢測中常常需要測量比柵距更小的位移量，為了提高分辨率，可以采用兩種方法實現：1）增加刻線密度來減小柵距，但是這種方法受光柵刻線工藝的限制。2）采用細分技術，使光柵每移動一個柵距時輸出均勻分布的n個脈沖，從而得到比柵距更小的分度值，使分辨力提高到。
　　細分的方法有多種，如直接細分、電橋細分、鎖相細分、調制信號細分、軟件細分等。下面介紹常用的直接細分方法。

直接細分又稱位置細分，常用細分數為4，因此也稱為四倍頻細分。圖12.1.7給出了一種四倍頻細分電路及其波形。在上述辨向電路的基礎上，將獲得的兩個相位相差90o的正弦信號分別整形和反相，就可得到4個相位依次為0°(S)、90o(C)、180o()、270o()的方波信號，經RC微分電路后就可在光柵移動一個柵距時，得到均勻分布的4個計數脈沖，再送到可逆計數器進行加法或減法計數，這樣可將分辯率提高4倍。

　　　　　　　　　　　　　圖12.1.7 四倍頻細分電路及波形　

　　四倍頻細分的優點是電路簡單，對莫爾條紋信號的波形無嚴格要求，其缺點是細分數不高。采用電橋細分、調制信號細分、鎖相細分等可有效提高細分數，有關細分電路請參閱其他資料。