基于EPA的光柵位移測量系統(tǒng)

SGC－4．2型光柵傳感器輸出的是HTL方波信號(hào)，而QA740210的工作電壓為+5 V，所以必須通過電平轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)倍頻脈沖的輸出。電平轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。

4．2 電源電路
在進(jìn)行整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果電源系統(tǒng)過于復(fù)雜和冗余，不僅會(huì)對(duì)其他部分電路產(chǎn)生電磁干擾，而且經(jīng)濟(jì)效益也不好，所以設(shè)計(jì)中所有芯片都選擇的是5 V、3．3 V或者1．8 V供電電壓。這樣，電源設(shè)計(jì)時(shí)只要用3片LM2596和一些電容、電感、二極管等就可以將24 V電壓直接轉(zhuǎn)化為所需電壓，電路設(shè)計(jì)不僅容易，也非常經(jīng)濟(jì)，電源電路如圖6所示。具體使用時(shí)可以根據(jù)需要選擇LM2596－5V、LM2596－3．3V、LM2596－1．8V的芯片。要獲得+1．8 V和+5 V時(shí)用圖6(a)的接法，要獲得+3．3 V時(shí)，用圖6(b)的接法。

4．3 人機(jī)接口和聲光報(bào)警電路
為限制位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，必須用軟件設(shè)置限位開關(guān)，每一邊界有一限位開關(guān)。當(dāng)撞到限位開關(guān)時(shí)，通過DS80C410從輸出端口P5．2輸出一個(gè)“1”電平，經(jīng)電阻分壓后，7920A的控制端MT得到約+1．5 V的電壓，于是從其樂曲信號(hào)輸出端OUT輸出華爾茲樂曲信號(hào)，經(jīng)過放大電路M51182L放大后，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警樂曲聲，音量的大小可以通過調(diào)整10 kΩ電位器來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)接通發(fā)光二極管，紅燈報(bào)警，同時(shí)控制電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。具體電路如圖7所示。

4．4 工業(yè)以太網(wǎng)接口電路
工業(yè)以太網(wǎng)接口電路是由微控制器DS80C410、以太網(wǎng)收發(fā)器LXT972ALC、網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器S558－5999－T7、RJ45接頭和雙膠線等組成。以太網(wǎng)接口電路的作用，一方面是將工業(yè)現(xiàn)場的觀測數(shù)據(jù)上傳到以太網(wǎng)絡(luò)上，便于相關(guān)的管理部門或個(gè)人進(jìn)行決策管理；另一方面是將工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)及操作命令傳送到工業(yè)現(xiàn)場，管理現(xiàn)場的測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的工作。當(dāng)只進(jìn)行現(xiàn)場測量工作，而不需要進(jìn)行以太網(wǎng)通信時(shí)，可以由微控制器DS80C410直接控制整個(gè)現(xiàn)場設(shè)備。所以測量系統(tǒng)既具有單系統(tǒng)現(xiàn)場測量的可操作性，又具有網(wǎng)絡(luò)化測量的便捷性的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)接口電路略。

5 提高測量分辨率及精度的措施
5．1 溫度對(duì)測量精度的影響及補(bǔ)償
由于熱脹冷縮的作用，光柵刻線的間距會(huì)隨溫度而變化，這勢必會(huì)影響測量的精度。在溫度變化較大而對(duì)精度的要求又比較高的場合，必須對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于相同的材料和相同的結(jié)構(gòu)形式，其溫度引起形變的特性是相同的。補(bǔ)償?shù)牟襟E是設(shè)定環(huán)境溫度在20℃時(shí)光柵的輸出為沒有溫度誤差的標(biāo)準(zhǔn)輸出，在20℃附近選擇一系列等間隔溫度點(diǎn)，經(jīng)過若干溫度的正(反)行程，在這些溫度點(diǎn)上測出柵尺的總體形變值，得出溫度形變相關(guān)數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行特性曲線的擬合，擬合曲線即可進(jìn)行對(duì)溫度誤差的修正。擬合的曲線的多項(xiàng)式選擇二階或三階就足夠了，形式為：
ε＝a3t3+a2t2+azt+a0 (2)
式中ε為光柵尺的形變，t為溫度，ai為待定系數(shù)。擬合方法采用最小二乘法，求得的擬合多項(xiàng)式即表示了溫度與光柵形變的近似關(guān)系。進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)有兩種辦法：一是將曲線的系數(shù)存于非易失性存儲(chǔ)器中，修正時(shí)直接計(jì)算以上多項(xiàng)式；另一種是將以上曲線做成表格，補(bǔ)償時(shí)，查表并插值。
5．2 提高系統(tǒng)抗干擾能力
光柵傳感器在具有振動(dòng)的環(huán)境下進(jìn)行測量時(shí)，經(jīng)常遇到干擾。在A相或B相的邊緣處，即在電平跳變處，由于微小的振動(dòng)，會(huì)在邊緣處出現(xiàn)無數(shù)的小尖峰，使計(jì)數(shù)器誤觸發(fā)影響了計(jì)數(shù)精度。為此可以采用定時(shí)／計(jì)數(shù)器的飛讀或利用對(duì)脈沖有效性判斷等方法來提高系統(tǒng)的測量精度。