基于EPA的光柵位移測量系統原理及設計方案

　　本文采用高閾值邏輯(HTL)信號輸出的SGC－4．2光柵尺作為位移測量元件。這種光柵尺的特點是閾值電壓比較高，因此它的噪聲容限比較大，有較強的抗干擾能力。它的主要缺點是工作速度比較低，所以多用在對工作速度要求不高而對抗干擾能力要求較高的一些工業控制設備中。

　　2．2四倍頻電路設計原理

　　在實際應用中，光柵傳感器輸出兩路相位相差為90°的方波信號A和B。如圖1所示，用A、B兩相信號的脈沖數表示光柵走過的位移量，標志光柵分正向與反向移動。四倍頻后的信號經計數器計數后轉化為相對位置。實現計數過程一般有兩種方法：一是由微處理器內部定時計數器實現；二是由可逆計數器實現對正反向脈沖的計數。

　　光柵信號A、B有以下關系：

　　①當光柵正向移動時，光柵輸出的A相信號的相位超前B相90°，則在一個周期內，兩相信號共有4次相對變化：00－10－11－01－00。這樣：每發生1次變化，可逆計數器便實現1次加計數，1個周期內共可實現4次加計數，從而實現正轉狀態的四倍頻計數。

　　②當光柵反向移動時，光柵輸出的A相信號的相位滯后于B相信號90°，則一個周期內兩相信號也有4次相對變化：00－01－11－10－00。同理，如果每發生1次變化，可逆計數器便實現1次減計數，在1個周期內，共可實現4次減計數，就實現了反轉狀態的四倍頻計數。

　　③當線路受到干擾或出現故障時，可能出現其他狀態轉換，此時計數器不進行計數操作。

　　綜合上述分析，可以做出處理模塊狀態轉換圖，如圖2所示。其中“+”、“－”分別表示計數器加／減1，“0”表示計數器不動作。

　　3光柵位移測量系統的總體設計

　　光柵位移測量系統的結構框圖如圖3所示。系統工作時，SGC－4．2光柵尺將位置信號先轉化成HTL電壓信號輸出，經過調理電路濾波和整流后，處理成標準的方波信號。然后控制器DS80C410通過內部高速計數器對外部的方波信號進行計數運算。一方面向伺服驅動器發布電機動作指令，控制電機驅動位移執行機構運動；另一方面通過以太網收發芯片XT972ALC進行讀寫操作，將工業現場的測量信息上傳到工業以太網絡上，便于管理者進行全局決策。