基于EPA的光柵位移測量系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)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(diǎn)是閾值電壓比較高，因此它的噪聲容限比較大，有較強(qiáng)的抗干擾能力。它的主要缺點(diǎn)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(yè)控制設(shè)備中。

　　2．2四倍頻電路設(shè)計(jì)原理

　　在實(shí)際應(yīng)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(shù)表示光柵走過的位移量，標(biāo)志光柵分正向與反向移動(dòng)。四倍頻后的信號經(jīng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后轉(zhuǎn)化為相對位置。實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)過程一般有兩種方法：一是由微處理器內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)；二是由可逆計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對正反向脈沖的計(jì)數(shù)。

　　光柵信號A、B有以下關(guān)系：

　　①當(dāng)光柵正向移動(dòng)時(shí)，光柵輸出的A相信號的相位超前B相90°，則在一個(gè)周期內(nèi)，兩相信號共有4次相對變化：00－10－11－01－00。這樣：每發(fā)生1次變化，可逆計(jì)數(shù)器便實(shí)現(xiàn)1次加計(jì)數(shù)，1個(gè)周期內(nèi)共可實(shí)現(xiàn)4次加計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)狀態(tài)的四倍頻計(jì)數(shù)。

　　②當(dāng)光柵反向移動(dòng)時(shí)，光柵輸出的A相信號的相位滯后于B相信號90°，則一個(gè)周期內(nèi)兩相信號也有4次相對變化：00－01－11－10－00。同理，如果每發(fā)生1次變化，可逆計(jì)數(shù)器便實(shí)現(xiàn)1次減計(jì)數(shù)，在1個(gè)周期內(nèi)，共可實(shí)現(xiàn)4次減計(jì)數(shù)，就實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)狀態(tài)的四倍頻計(jì)數(shù)。

　　③當(dāng)線路受到干擾或出現(xiàn)故障時(shí)，可能出現(xiàn)其他狀態(tài)轉(zhuǎn)換，此時(shí)計(jì)數(shù)器不進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。

　　綜合上述分析，可以做出處理模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖2所示。其中“+”、“－”分別表示計(jì)數(shù)器加／減1，“0”表示計(jì)數(shù)器不動(dòng)作。

　　3光柵位移測量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　光柵位移測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。系統(tǒng)工作時(shí)，SGC－4．2光柵尺將位置信號先轉(zhuǎn)化成HTL電壓信號輸出，經(jīng)過調(diào)理電路濾波和整流后，處理成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號。然后控制器DS80C410通過內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器對外部的方波信號進(jìn)行計(jì)數(shù)運(yùn)算。一方面向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)布電機(jī)動(dòng)作指令，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；另一方面通過以太網(wǎng)收發(fā)芯片XT972ALC進(jìn)行讀寫操作，將工業(yè)現(xiàn)場的測量信息上傳到工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)上，便于管理者進(jìn)行全局決策。