[實用新型]一種莫爾條紋的電子學細分裝置

無效

• 申請號: 00202463.2
• 申請日: 2000-01-21
• 公開（公告）號: CN2413301Y
• 公開（公告）日: 2001-01-03
• 發明（設計）人: 熊經武;萬秋華;董莉莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/44
• 分類號: G02B27/44
• 代理公司: 中國科學院長春專利事務所
• 代理人: 梁愛榮

本實用新型屬于光電子學技術領域，涉及一種對計量光柵輸出的莫爾條紋信號進行電子學細分裝置的改進。

當利用電子學對莫爾條紋進行高倍數細分時，目前常采用的裝置有兩種：一、乘法倍頻電路與移相電阻鏈結合的電子學細分裝置。二、單片機軟件細分裝置。前者主要由前置放大器1、移相器2、乘法倍頻電路3、功率放大電路4和移相電阻鏈5這五部分組成。如圖1所示，經前置放大器1差分放大、移相器2移相后的莫爾條紋信號在乘法倍頻電路3中倍頻，再由移相電阻鏈5細分即可得到二倍頻六十四細分的莫爾條紋信號波形。

此細分裝置的缺點是：1、由于電阻阻值不準確(或不匹配)，降低了對莫爾條紋進行細分的精度。2、經電阻鏈移相后的信號幅度衰減引起細分誤差。3、電阻鏈上各電阻受到前后級輸出和輸入阻抗的影響降低了細分精度。4、后級整形電路隨電阻鏈細分份數的增加而增加，因此使得整個細分電路龐雜，不利于提高細分份數。

單片機軟件細分裝置由前置放大器1、采樣／保持電路2、模擬開關3、模／數轉換器4、單片機處理系統5五部分組成。其電路如圖2所示。經差分放大后的兩路正交莫爾條紋信號，由單片機控制采樣／保持器對其進行采樣，并由軟件控制多路開關分別對兩路信號進行模／數轉換，輸出的數字量送給單片機進行處理，單片機根據兩路正交莫爾條紋信號的幅度與相位的確定關系，計算出細分常數(即某一相角對應的細分值)，并輸出細分代碼。單片機細分裝置由于具有工作可靠、電路簡單等優點，當前已普遍被人們所采用，但由于受到A／D轉換位數的限制及量化誤差的影響使單片機細分位數不能過高。此外，原始信號質量不好也會降低整個系統的細分精度。這樣在某些需要對莫爾條紋信號進行高精度、高分辨率細分的場合，單片機細分裝置仍不能滿足要求。

綜合以上兩種細分裝置的優點，并剔除其不足之處，本實用新型要實現的主要目的是提供一種莫爾條紋的電子學細分裝置以解決電阻鏈細分電路復雜、精度不高的問題，改善原始莫爾條紋信號的質量，獲得較高的細分份數，進而提高計量光柵系統的精度和分辨率。

本實用新型如圖3所示，它包括：前置放大器1、移相器2、乘法倍頻電路3、功率放大電路4、采樣／保持器5、多路開關6、模／數轉換器7和單片機處理系統8。前置放大器1中的運算放大器F1、F2、F3的輸出端a、c、e與移相器2的三個輸入端相連，移相器2的移相輸出結點b、d與乘法倍頻電路3中的乘法器X2的輸入端連接，前置放大器1中的運算放大器F1、F2的輸出端a、c與乘法倍頻電路3中的乘法器X1的輸入端連接，乘法倍頻電路3的兩個輸出端接功率放大電路4的兩個輸入端，功率放大電路4的兩個輸出端分別接采樣／保持器5中兩個采樣／保持器的輸入端，采樣／保持器5的輸出端接多路開關6的輸入端，多路開關6的輸出端與模／數轉換器7的輸入端相連，模／數轉換器7的輸出最后同單片機處理系統8中的三態門的輸入端相連。

本實用新型的動態工作過程：四相交變的莫爾條紋信號Sinθ、Cosθ、-Sinθ、-Cosθ，經前置放大器1中的運算放大器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諧波的影響。四個相等的電阻R1、R2、R3、R4組成移相器2，在電阻結點上分別輸出被移相π／4的信號Asin(θ+π／4)、Bcos(θ+π／4)。前置放大器1中的運算放大器F3相當于倒相器，因移相需要而設置。乘法倍頻電路3由兩片四象限模擬乘法器X1、X2及其外部匹配電路組成，它把差分放大后的原始信號ASinθ，Bcosθ及移相后的信號Asin(θ+π/4)、Bcos(θ+π／4)，兩兩相乘，得到一組正交的二倍頻莫爾條紋信號Asin2θ、Bcos2θ。功率放大電路中的運算放大器F4、F5用來抑制乘法倍頻電路3中乘法器X1、X2輸出的共模量，并提供后級細分電路的驅動功率。倍頻后的兩相莫爾條紋信號送入采樣／保持器5。單片機處理系統8控制發出采樣脈沖，使采樣／保持器5的兩路采樣／保持器同時進行采樣，并保持所采集的Asin2θ、Bcos2θ的瞬時值，由軟件控制多路開關6分別選擇一路采樣／保持器的輸出進行A／D變換，就把兩相倍頻信號Asin2θ、Bcos2θ在采樣時刻的瞬時值變為數字量輸送給單片機處理系統8，單片機處理系統8根據Asin2θ、Bcos2θ的正負判定象限，并根據其幅值與相位的確定關系計算出細分常數，輸出數值為n細分的代碼(n為一個莫爾條紋周期內所含的細分份數)。