[实用新型]一种莫尔条纹的电子学细分装置

说明书

本实用新型属于光电子学技术领域，涉及一种对计量光栅输出的莫尔条纹信号进行电子学细分装置的改进。

当利用电子学对莫尔条纹进行高倍数细分时，目前常采用的装置有两种：一、乘法倍频电路与移相电阻链结合的电子学细分装置。二、单片机软件细分装置。前者主要由前置放大器1、移相器2、乘法倍频电路3、功率放大电路4和移相电阻链5这五部分组成。如图1所示，经前置放大器1差分放大、移相器2移相后的莫尔条纹信号在乘法倍频电路3中倍频，再由移相电阻链5细分即可得到二倍频六十四细分的莫尔条纹信号波形。

此细分装置的缺点是：1、由于电阻阻值不准确(或不匹配)，降低了对莫尔条纹进行细分的精度。2、经电阻链移相后的信号幅度衰减引起细分误差。3、电阻链上各电阻受到前后级输出和输入阻抗的影响降低了细分精度。4、后级整形电路随电阻链细分份数的增加而增加，因此使得整个细分电路庞杂，不利于提高细分份数。

单片机软件细分装置由前置放大器1、采样／保持电路2、模拟开关3、模／数转换器4、单片机处理系统5五部分组成。其电路如图2所示。经差分放大后的两路正交莫尔条纹信号，由单片机控制采样／保持器对其进行采样，并由软件控制多路开关分别对两路信号进行模／数转换，输出的数字量送给单片机进行处理，单片机根据两路正交莫尔条纹信号的幅度与相位的确定关系，计算出细分常数(即某一相角对应的细分值)，并输出细分代码。单片机细分装置由于具有工作可靠、电路简单等优点，当前已普遍被人们所采用，但由于受到A／D转换位数的限制及量化误差的影响使单片机细分位数不能过高。此外，原始信号质量不好也会降低整个系统的细分精度。这样在某些需要对莫尔条纹信号进行高精度、高分辨率细分的场合，单片机细分装置仍不能满足要求。

综合以上两种细分装置的优点，并剔除其不足之处，本实用新型要实现的主要目的是提供一种莫尔条纹的电子学细分装置以解决电阻链细分电路复杂、精度不高的问题，改善原始莫尔条纹信号的质量，获得较高的细分份数，进而提高计量光栅系统的精度和分辨率。

本实用新型如图3所示，它包括：前置放大器1、移相器2、乘法倍频电路3、功率放大电路4、采样／保持器5、多路开关6、模／数转换器7和单片机处理系统8。前置放大器1中的运算放大器F1、F2、F3的输出端a、c、e与移相器2的三个输入端相连，移相器2的移相输出结点b、d与乘法倍频电路3中的乘法器X2的输入端连接，前置放大器1中的运算放大器F1、F2的输出端a、c与乘法倍频电路3中的乘法器X1的输入端连接，乘法倍频电路3的两个输出端接功率放大电路4的两个输入端，功率放大电路4的两个输出端分别接采样／保持器5中两个采样／保持器的输入端，采样／保持器5的输出端接多路开关6的输入端，多路开关6的输出端与模／数转换器7的输入端相连，模／数转换器7的输出最后同单片机处理系统8中的三态门的输入端相连。

本实用新型的动态工作过程：四相交变的莫尔条纹信号Sinθ、Cosθ、-Sinθ、-Cosθ，经前置放大器1中的运算放大器F1、F2差分放大以后，即增加了幅度，又可以消除共模量及偶次谐波的影响。四个相等的电阻R1、R2、R3、R4组成移相器2，在电阻结点上分别输出被移相π／4的信号Asin(θ+π／4)、Bcos(θ+π／4)。前置放大器1中的运算放大器F3相当于倒相器，因移相需要而设置。乘法倍频电路3由两片四象限模拟乘法器X1、X2及其外部匹配电路组成，它把差分放大后的原始信号ASinθ，Bcosθ及移相后的信号Asin(θ+π/4)、Bcos(θ+π／4)，两两相乘，得到一组正交的二倍频莫尔条纹信号Asin2θ、Bcos2θ。功率放大电路中的运算放大器F4、F5用来抑制乘法倍频电路3中乘法器X1、X2输出的共模量，并提供后级细分电路的驱动功率。倍频后的两相莫尔条纹信号送入采样／保持器5。单片机处理系统8控制发出采样脉冲，使采样／保持器5的两路采样／保持器同时进行采样，并保持所采集的Asin2θ、Bcos2θ的瞬时值，由软件控制多路开关6分别选择一路采样／保持器的输出进行A／D变换，就把两相倍频信号Asin2θ、Bcos2θ在采样时刻的瞬时值变为数字量输送给单片机处理系统8，单片机处理系统8根据Asin2θ、Bcos2θ的正负判定象限，并根据其幅值与相位的确定关系计算出细分常数，输出数值为n细分的代码(n为一个莫尔条纹周期内所含的细分份数)。