专利名称：新型光栅信号细分仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用计算机细分光栅信号的仪器，属于光栅检测装置技术领域。
现有光栅应用技术中，普遍采用将光栅输出信号整形成方波，再用倍频和鉴相(或计数)的方法加以细分，以达到测量定位的目的。这种方法不仅使用放大、整形、倍频和鉴相技术，而且要通过接口电路送计算机计数。由于电路结构复杂，系统环节过多，因而容易出错，造成系统的可靠性不高。
本实用新型的目的在于采用新的技术方案简化电路结构，提供一种检测精度高、性能可靠的计算机细分光栅信号仪。
本实用新型由光栅组、光电池、信号处理器、计算机和执行机构组成，其特点在于光电池采用四相光电池，信号处理器由放大器、模拟开关、零阶保持器、A／D转换器和可编程的输入输出接口构成，计算机读取的数字量直接由放大器的输出量经模拟开关选择和A／D变换后取得。光栅组(1)产生的莫尔条纹，经四相光电池(2)采样后送两路高精度放大电路组成的放大器(3)迭加放大，其中四相光电池的第1、3相迭加成正弦信号，第2、4相迭加成余弦信号，它们的峰－峰值分别被放大到－5伏～＋5伏的范围。放大器(3)输出的两路信号经模拟开关(4)选择，分时送到零阶保持器(5)，经过十位A／D转换器(6)和可编程输入输出(I／C)接口(7)，由计算机(8)读取I／O接口(7)上的数字量进行100细分，从而控制执行机构(9)精确定位。
本实用新型采用对信号放大后送模拟选择开关选择，经A／D变换后送计算机细分的方案，与现有技术方案相比具有电路结构简单、元器件和接插件少、性能可靠和成本低廉、细分精度高等优点。通过在自行研制的图形发生器上试用，证明本实用新型使用方便灵活，并且可以根据需要，任意细分光栅信号，提高光栅检测系统的精度，检测精度可达0.1微米。
图1是本仪器的结构示意图；图2是光栅信号放大器的电路原理示意图，图中B组电路结构与A组完全相同；图3是A／D变换器和I／O接口电路示意图，图中4052与图2中4052为同一片电路。
本实用新型可采用如下方案实施由四相光电池输出的信号e1、e2、e3和e4分两组输入结构完全相同的A、B两组高稳定度的放大电路进行放大，e1和e3输入A组电路，e2和e4输入B组电路。如图2所示，A组放大电路的前置部分由两片运算放大器7650构成，它们的5端为输入信号端，4端与输出端通过电阻R1、R3构成负反馈，并由电阻R2连接两个运算放大器的4端，通过调节电阻R2可以方便地改变两个运算放大器的放大倍数，而无需改动其它参数。前置放大后的信号送到运放725的2、3端进行迭加并放大，其输出为VP－P＝±5V的一路正弦信号。B组的放大电路与A组完全相同，只是其输出信号在相位上与A组相差90°，故称为余弦信号。放大器可以由六片运算放大电路构成，A、B两组放大电路的输出信号被分时选进由集成电路4052构成的模拟开关，其选择时间由计算机控制。如图3所示，模拟开关的输出信号经过保持器LF398送入A／D转换器AD571转换为数字量，再由计算机通过可编程I／O接口8255读入这组数据进行处理判断，得到100细分的结果，并控制执行机构动作。执行机构可以为力矩电机或其它电机控制的线性运动体，它可以在计算机细分光栅信号控制下实现精确位移。光栅组由检测光栅和指示光栅组成，可采用50线／毫米、100线／毫米、200线／毫米等型号。四相光电池可用北京光电器件厂生产的2CR41－4型光电池，也可用类似的光电池或光电二极管等。为了保证光栅信号及时准确地传送到计算机内，模拟开关(4)、零阶保持器(5)、A／D变换器(6)和可编程输入输出接口(7)均由计算机(8)直接控制。计算机通过I／O接口8255的PA6、PA7端对模拟开关4052的9、10端进行控制，当9、10端分别为00时，则选通12端(对应图2中的A组输出正弦信号)，当9、10端为01时，则选通14端(对应图2中的B组输出余弦信号)。同样，当I／O接口的PA3端为高信号时，通过双稳态触发器控制AD571读数并转换为数字量，转换完毕后AD571的17端输出一高信号反过来封住11端。完成A／D转换后，计算机就可直接从I／O接口8255上读取数字量，控制执行机构的动作。计算机可采用普通型微型计算机或单片机。
权利要求1.新型光栅信号细分仪是一种用计算机细分光栅信号的仪器，由光栅组、光电池、信号处理器、计算机和执行机构组成，其特征在于光电池采用四相光电池，信号处理器由放大器、模拟开关、零阶保持器、A/D转换器和可编程输入输出接口构成，计算机读取的数字量直接由放大器的输出量经模拟开关选择和A/D变换后取得。
2.根据权利要求1所述的光栅信号细分仪，其特征在于放大器由A、B两组结构完全相同的高精度和高稳定度的放大电路构成，A、B两组电路的四个输入端与四相光电池的四个输出端相连接，A、B两组电路输出相位相差90°的信号给模拟开关，由计算机控制模拟开关的选择。
3.根据权利要求2所述的光栅信号细分仪，其特征在于放大器可由六片运算放大电路构成，运算放大器的放大倍数可以通过调节电阻改变。
4.根据权利要求1、2或3所述的光栅信号细分仪，其特征在于模拟开关(4)的输出端通过零阶保持器(5)、A／D变换器(6)与可编程输入输出接口(7)的输入端相连接，模拟开关(4)、零阶保持器(5)、A／D变换器(6)和可编程输入输出接口(7)均由计算机(8)直接控制。
专利摘要新型光栅信号细分仪是一种光栅检测装置，由光栅组、四相光电池、信号处理器、计算机和执行机构等组成，其特点在于信号处理器由高精度放大器、模拟开关、零阶保持器、A/D转换器和可编程的输入输出接口构成。它具有结构简单，元器件和接插件少，性能可靠和成本低廉等优点，使用方便灵活，可根据需要任意细分光栅信号，从而提高光栅检测系统的精度。
文档编号G01B11/00GK2049760SQ8821948
公开日1989年12月20日 申请日期1988年12月14日 优先权日1988年12月14日
发明者丁康源, 张中平, 陆履豪, 王澄非 申请人:东南大学