新型光柵信號細分儀的製作方法

2023-06-01 18:26:51 1

專利名稱：新型光柵信號細分儀的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種用計算機細分光柵信號的儀器，屬於光柵檢測裝置技術領域。
現有光柵應用技術中，普遍採用將光柵輸出信號整形成方波，再用倍頻和鑑相(或計數)的方法加以細分，以達到測量定位的目的。這種方法不僅使用放大、整形、倍頻和鑑相技術，而且要通過接口電路送計算機計數。由於電路結構複雜，系統環節過多，因而容易出錯，造成系統的可靠性不高。
本實用新型的目的在於採用新的技術方案簡化電路結構，提供一種檢測精度高、性能可靠的計算機細分光柵信號儀。
本實用新型由光柵組、光電池、信號處理器、計算機和執行機構組成，其特點在於光電池採用四相光電池，信號處理器由放大器、模擬開關、零階保持器、A／D轉換器和可編程的輸入輸出接口構成，計算機讀取的數字量直接由放大器的輸出量經模擬開關選擇和A／D變換後取得。光柵組(1)產生的莫爾條紋，經四相光電池(2)採樣後送兩路高精度放大電路組成的放大器(3)迭加放大，其中四相光電池的第1、3相迭加成正弦信號，第2、4相迭加成餘弦信號，它們的峰－峰值分別被放大到－5伏～＋5伏的範圍。放大器(3)輸出的兩路信號經模擬開關(4)選擇，分時送到零階保持器(5)，經過十位A／D轉換器(6)和可編程輸入輸出(I／C)接口(7)，由計算機(8)讀取I／O接口(7)上的數字量進行100細分，從而控制執行機構(9)精確定位。
本實用新型採用對信號放大後送模擬選擇開關選擇，經A／D變換後送計算機細分的方案，與現有技術方案相比具有電路結構簡單、元器件和接插件少、性能可靠和成本低廉、細分精度高等優點。通過在自行研製的圖形發生器上試用，證明本實用新型使用方便靈活，並且可以根據需要，任意細分光柵信號，提高光柵檢測系統的精度，檢測精度可達0.1微米。


圖1是本儀器的結構示意圖；圖2是光柵信號放大器的電路原理示意圖，圖中B組電路結構與A組完全相同；圖3是A／D變換器和I／O接口電路示意圖，圖中4052與圖2中4052為同一片電路。
本實用新型可採用如下方案實施由四相光電池輸出的信號e1、e2、e3和e4分兩組輸入結構完全相同的A、B兩組高穩定度的放大電路進行放大，e1和e3輸入A組電路，e2和e4輸入B組電路。如圖2所示，A組放大電路的前置部分由兩片運算放大器7650構成，它們的5端為輸入信號端，4端與輸出端通過電阻R1、R3構成負反饋，並由電阻R2連接兩個運算放大器的4端，通過調節電阻R2可以方便地改變兩個運算放大器的放大倍數，而無需改動其它參數。前置放大後的信號送到運放725的2、3端進行迭加並放大，其輸出為VP－P＝±5V的一路正弦信號。B組的放大電路與A組完全相同，只是其輸出信號在相位上與A組相差90°，故稱為餘弦信號。放大器可以由六片運算放大電路構成，A、B兩組放大電路的輸出信號被分時選進由集成電路4052構成的模擬開關，其選擇時間由計算機控制。如圖3所示，模擬開關的輸出信號經過保持器LF398送入A／D轉換器AD571轉換為數字量，再由計算機通過可編程I／O接口8255讀入這組數據進行處理判斷，得到100細分的結果，並控制執行機構動作。執行機構可以為力矩電機或其它電機控制的線性運動體，它可以在計算機細分光柵信號控制下實現精確位移。光柵組由檢測光柵和指示光柵組成，可採用50線／毫米、100線／毫米、200線／毫米等型號。四相光電池可用北京光電器件廠生產的2CR41－4型光電池，也可用類似的光電池或光電二極體等。為了保證光柵信號及時準確地傳送到計算機內，模擬開關(4)、零階保持器(5)、A／D變換器(6)和可編程輸入輸出接口(7)均由計算機(8)直接控制。計算機通過I／O接口8255的PA6、PA7端對模擬開關4052的9、10端進行控制，當9、10端分別為00時，則選通12端(對應圖2中的A組輸出正弦信號)，當9、10端為01時，則選通14端(對應圖2中的B組輸出餘弦信號)。同樣，當I／O接口的PA3端為高信號時，通過雙穩態觸發器控制AD571讀數並轉換為數字量，轉換完畢後AD571的17端輸出一高信號反過來封住11端。完成A／D轉換後，計算機就可直接從I／O接口8255上讀取數字量，控制執行機構的動作。計算機可採用普通型微型計算機或單片機。
權利要求1.新型光柵信號細分儀是一種用計算機細分光柵信號的儀器，由光柵組、光電池、信號處理器、計算機和執行機構組成，其特徵在於光電池採用四相光電池，信號處理器由放大器、模擬開關、零階保持器、A/D轉換器和可編程輸入輸出接口構成，計算機讀取的數字量直接由放大器的輸出量經模擬開關選擇和A/D變換後取得。
2.根據權利要求1所述的光柵信號細分儀，其特徵在於放大器由A、B兩組結構完全相同的高精度和高穩定度的放大電路構成，A、B兩組電路的四個輸入端與四相光電池的四個輸出端相連接，A、B兩組電路輸出相位相差90°的信號給模擬開關，由計算機控制模擬開關的選擇。
3.根據權利要求2所述的光柵信號細分儀，其特徵在於放大器可由六片運算放大電路構成，運算放大器的放大倍數可以通過調節電阻改變。
4.根據權利要求1、2或3所述的光柵信號細分儀，其特徵在於模擬開關(4)的輸出端通過零階保持器(5)、A／D變換器(6)與可編程輸入輸出接口(7)的輸入端相連接，模擬開關(4)、零階保持器(5)、A／D變換器(6)和可編程輸入輸出接口(7)均由計算機(8)直接控制。
專利摘要新型光柵信號細分儀是一種光柵檢測裝置，由光柵組、四相光電池、信號處理器、計算機和執行機構等組成，其特點在於信號處理器由高精度放大器、模擬開關、零階保持器、A/D轉換器和可編程的輸入輸出接口構成。它具有結構簡單，元器件和接插件少，性能可靠和成本低廉等優點，使用方便靈活，可根據需要任意細分光柵信號，從而提高光柵檢測系統的精度。
文檔編號G01B11/00GK2049760SQ8821948
公開日1989年12月20日 申請日期1988年12月14日 優先權日1988年12月14日
發明者丁康源, 張中平, 陸履豪, 王澄非 申請人:東南大學