当前位置: 首页 > 传感测量产品 > 工业传感器 > 光栅传感器

类型分类:
科普知识
数据分类:
光栅传感器

光栅传感器信号细分中绝对值电路的设计

发布日期:2022-10-09 点击率:82

引言

       由于光栅尺移动时输出信号的频率大约在5~25 kHz之间,且后续电路要求信号基本稳定,无振荡,因此该绝对值电路应满足以下条件:1)能够在较高频率下正常工作;2)适用于高速化的场合;3)精度较高,信号基本无失真。要保证测量误差在允许范围之内,信号在经过绝对值电路后必须高度保真。通过上述电路分析和比较,综合各种因素可知,第三种绝对值电路应是最佳的选择。

 

        为了达到较高的细分倍数,在对光栅莫尔条纹信号进行粗细分的同时,还需要对位移进行精细分。为提高细分速度,精细分电路采用全硬件设计,包括绝对值电路,多路选择电路及A/D采样电路。绝对值电路是模拟电路中处理数据信息的一种电路,在各类电子测电路中有着广泛的应用。尤其在对正弦信号进行数字化幅值测量时,采用绝对值电路可以将双极性信号转换为单极性信号,便于计算机采集处理时去掉符号位,提高模数转换的精度。所以绝对值电路精确与否,对后续的信号处理电路有着重要的影响。然而,在实际使用中,由于二极管压降的存在,信号频率的不同,以及元器件参数误差等因素的影响,绝对值电路的输出往往不够理想,有时甚至严重失真,将在一定范围内影响测量精度。为此,本文着将重探讨几种不同的绝对值电路,以确定出符合要求的最佳电路。

1 三种绝对值电路的设计方案

1.1 电路设计一

        资料上如图1所示的绝对值电路较为常见。分析电路可知,当Vin>0时,D1截止,D2导通,输入信号Vin通过第一级运放U1A反相放大,之后再与Vin一起进入后一级运放U1B构成反相加法器,根据电阻匹配关系,最后输出为Vout=Vin;当Vin<0时,D1导通,D2截止,此时运放U1A处于深度负反馈状态,所以输入信号Vin直接经过运放U1B反相后,得到输出Vout=-Vin。

图1 简单结构的绝对值电路

        在实际电路中,由于电源存在耦合干抗,零电位产生漂移,加之二极管并非理想状态,导通时存在一定压降,该绝对值电路效果往往不够理想。特别是当输入信号频率较高时,在过零点处会产生明显的失真,从而给信号的后续处理带来极大的不便。

        图2是当信号频率为4 kHz时的输出波形图,由图可知,在过零点处,幅值误差为△U=40 mV,假设精细分电路对信号进行256细分,信号幅值为0.5 V。由于光栅尺移动一个栅距位移为0.02mm,则所允许的误差δ应小于0.02 mmx1/4x1/256=0.019 5 μm,而当△U=40 mV时,误差δ=0.02mmx1/4x1/256x(256x0.04V/0.5V)=0.000 4 μm,明显超出了测量误差所允许的范围。

图2 电路-输出波形图


下一篇: PLC、DCS、FCS三大控

上一篇: 索尔维全系列Solef?PV

推荐产品

更多