专利名称：一种光栅直尺脉冲/直线速度模拟信号快速变换电路的制作方法
技术领域：
本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种光栅直尺脉冲/直线速度模拟信号快速变换电路，适用于采用光栅直尺快速检测直线运动速度的场合。
背景技术：
在以直线电机为执行器的直线运动控制系统中，常用光栅直尺检测运动体的直线位移与速度，其中，检测直线运动速度的常用信号处理方法是:以对光栅直尺输出的脉冲信号进行计数/计周期的混合法(简称Μ/T法)为理论基础，并自动修正测速采样周期使之对应于光栅直尺输出脉冲的若干个周期，进而以快速微处理器芯片为核心的软件、硬件相结合方案，对修正后的测速采样周期与在该周期内光栅直尺输出的脉冲数进行计数，据此进行测速计算，再经模数转换器输出与线速度成正比的模拟电压信号。该方法存在的问题是:实时性与检测精度间存在矛·盾，且对微处理器要求高，软件、硬件均较复杂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种光栅直尺脉冲/直线速度模拟信号快速变换电路。该电路基于四倍频脉宽调制处理、频率一电压变换(F/V变换)、自动辨识运动方向的电路处理方案。本发明包括四倍频脉宽调制处理电路和辨向式频率/电压信号处理电路。四倍频脉宽调制处理电路包括连接件CN1、施密特触发器IC1、异或门芯片IC2、D触发器IC3、A定时器IC4、B定时器IC5、A输入滤波电阻町、8输入滤波电阻1 24隔直电阻R3、B隔直电阻R4、A定时电阻R5、B定时电阻R6、A输入滤波电容C1、B输入滤波电容C2、A隔直电容C3、B隔直电容C4、A定时电容C5、B定时电容C6、正电源电容C9、负电源电容CIO、A相二极管Dl、B相二极管D2 ;连接件CNl的正电源端+V端同时与电路正电源端VCC、正电源电容C9的正极连接；连接件CNl的负电源端-V端同时与电路负电源端VSS、负电源电容ClO的负极连接；连接件CNl的地端GND端与正电源电容C9的负极、负电源电容ClO的正极连接，且同时接地；连接件CNl的A相脉冲输入端PGA端与A输入滤波电阻Rl的一端连接，A输入滤波电阻Rl的另一端与A输入滤波电容Cl的一端、施密特触发器ICl的A单兀输入端A端连接，A输入滤波电容Cl的另一端接地；连接件CNl的B相脉冲输入端PGB端与B输入滤波电阻R2的一端连接，B输入滤波电阻R2的另一端与B输入滤波电容C2的一端、施密特触发器ICl的C单元输入端C端连接，B输入滤波电容C2的另一端接地；施密特触发器ICl的A单元输出端G=/A端与B单元输入端B端连接，施密特触发器ICl的C单元输出端I=/C端与D单元输入端D端连接；施密特触发器ICl的B单元输出端H=/B端与异或门芯片IC2的A输入端A端、D触发器IC3的数据端D端连接；施密特触发器ICl的D单元输出端J=/D端与异或门芯片IC2的B输入端B端、D触发器IC3的时钟端CP端连接；施密特触发器ICl的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，施密特触发器ICl的地端GND端接地；施密特触发器ICl的E单元输出端K=/E端与A隔直电容C3的一端连接，A隔直电容C3的另一端与A隔直电阻R3的一端、A定时器IC4的输入端TR端连接，A隔直电阻R3的另一端接地；异或门芯片IC2的输出端J=A B
端同时与施密特触发器ICl的E单元输入端E端、B隔直电容C4的一端连接；异或门芯片IC2的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，IC2的地端GND端接地；D触发器IC3的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，D触发器IC3的地端GND端接地；B隔直电容C4的另一端与B隔直电阻R4的一端、B定时器IC5的输入端TR端连接，B隔直电阻R4的另一端接地；A定时器IC4的电源端+V端和复位端D端、A定时电阻R5的一端均与电路正电源端VCC连接，A定时电阻R5的另一端与A定时器IC4的放电端D端、触发端TH端及A定时电容C5的一端连接；A定时器IC4的地端GND端、A定时电容C5的另一端均接地；B定时器IC5的电源端+V端和复位端D端、B定时电阻R6的一端均与电路正电源端VCC端连接，B定时电阻R6的另一端与B定时器IC5的放电端D端、触发端TH端、B定时电容C6的一端连接，B定时器IC5的地端GND端、B定时电容C6的另一端均接地；A定时器IC4的输出端OUT端与A相二极管Dl的阳极连接，B定时器IC5输出端OUT端与B相二极管D2阳极连接；
辨向式频率/电压信号处理电路包括F/V芯片IC6、反相器IC7、模拟开关IC8、跟随器IC9、迭加电阻R7、周期电阻R8、对地电阻R9、负端电阻R10、反馈电阻R11、中间滤波电阻R12、输出滤波电阻R13、周期电容C7、抗扰电容C8、反馈电容Cl 1、中间滤波电容C12、输出滤波电容C13 ;F/V芯片IC6的输入端IN端同时与A相二极管Dl的阴极、B相二极管D2的阴极、迭加电阻R7的一端连接；F/V芯片IC6的电源端+V端、集极端TC端均与电路正电源端VCC连接；F/V芯片IC6的积分端IC端与周期电容C7的一端连接；F/V芯片IC6的周期端RC端与抗扰电容C8的一端、周期电阻R8的一端连接；F/V芯片IC6的输出端OUT端同时与F/V芯片IC6的反馈端BF端、对地电阻R9的一端、负端电阻RlO的一端、中间滤波电阻R12的一端连接；迭加电阻R7的另一端、周期电容C7的另一端、抗扰电容CS的另一端、周期电阻R8的另一端、对地电阻R9的另一端、F/V芯片IC6的地端+GND端均接地；负端电阻RlO的另一端与反馈电阻Rll的一端、反馈电容Cll的一端、反相器IC7的负输入端-1N端连接；反相器IC7的输出端OUT端与反馈电阻Rll的另一端、反馈电容Cll的另一端、模拟开关IC8的常开端NO端连接；反相器IC7的正电源端+V端与电路正电源端VCC，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接，正输入端+IN接地；中间滤波电阻R12的另一端与中间滤波电阻容C12的一端、模拟开关IC8的常闭端NC端连接，中间滤波电阻容C12的另一端接地；模拟开关IC8的控制端IN端与D触发器IC3的输出端Q端连接；模拟开关IC8的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接，地端GND端接地；模拟开关IC8的公共端COM端与输出滤波电阻R13的一端连接，输出滤波电阻R13的另一端与输出电容C13的一端、跟随器IC9的正输入端+IN端连接，输出电容C13的另一端接地；跟随器IC9的负输入端-1N端与跟随器IC9的输出端OUT端、连接件CNl的输出端OUT端连接，正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。本发明的有益效果如下:
本发明利用直线运动控制系统中已有的光栅直尺的输出脉冲信号经电路实时运算以获取反映直线运动速度的模拟量电压信号，该方法精度高、实时性强、成本低、通用性强、可靠性高。
图1为本发明的电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，一种光栅直尺脉冲/线速度模拟信号快速变换电路，包括四倍频脉宽调制处理电路和辨向式频率/电压信号处理电路。四倍频脉宽调制处理电路包括连接件CN1、施密特触发器IC1、异或门芯片IC2、D触发器IC3、A定时器IC4、B定时器IC5、A输入滤波电阻町、8输入滤波电阻1 24隔直电阻R3、B隔直电阻R4、A定时电阻R5、B定时电阻R6、A输入滤波电容Cl、B输入滤波电容C2、A隔直电容C3、B隔直电容C4、A定时电容C5、B定时电容C6、正电源电容C9、负电源电容C10、A相二极管D1、B相二极管D2 ;连接件CNl的正电源端+V端同时与电路正电源端VCC、正电源电容C9的正极连接；连接件CNl的负电源端-V端同时与电路负电源端VSS、负电源电容ClO的负极连接 ；连接件CNl的地端GND端与正电源电容C9的负极、负电源电容ClO的正极连接，且同时接地；连接件CNl的A相脉冲输入端PGA端与A输入滤波电阻Rl的一端连接，A输入滤波电阻Rl的另一端与A输入滤波电容Cl的一端、施密特触发器ICl的A单元输入端A端连接，A输入滤波电容Cl的另一端接地；连接件CNl的B相脉冲输入端PGB端与B输入滤波电阻R2的一端连接,B输入滤波电阻R2的另一端与B输入滤波电容C2的一端、施密特触发器ICl的C单元输入端C端连接，B输入滤波电容C2的另一端接地；施密特触发器ICl的A单元输出端G=/A端与B单元输入端B端连接，施密特触发器ICl的C单元输出端I=/C端与D单元输入端D端连接；施密特触发器ICl的B单元输出端H=/B端与异或门芯片IC2的A输入端A端、D触发器IC3的数据端D端连接；施密特触发器ICl的D单元输出端J=/D端与异或门芯片IC2的B输入端B端、D触发器IC3的时钟端CP端连接；施密特触发器ICl的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，施密特触发器ICl的地端GND端接地；施密特触发器ICl的E单元输出端K=/E端与A隔直电容C3的一端连接，A隔直电容C3的另一端与A隔直电阻R3的一端、A定时器IC4的输入端TR端连接，A隔直电阻R3的另一端接地；异或门芯片IC2的输出端J=A B端同时与施密特触发器ICl的E单元输入端E端、B隔直电容C4的一端连接；异或门芯片IC2的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，IC2的地端GND端接地；D触发器IC3的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，D触发器IC3的地端GND端接地；B隔直电容C4的另一端与B隔直电阻R4的一端、B定时器IC5的输入端TR端连接，B隔直电阻R4的另一端接地；A定时器IC4的电源端+V端和复位端D端、A定时电阻R5的一端均与电路正电源端VCC连接，A定时电阻R5的另一端与A定时器IC4的放电端D端、触发端TH端及A定时电容C5的一端连接；A定时器IC4的地端GND端、A定时电容C5的另一端均接地；B定时器IC5的电源端+V端和复位端D端、B定时电阻R6的一端均与电路正电源端VCC端连接，B定时电阻R6的另一端与B定时器IC5的放电端D端、触发端TH端、B定时电容C6的一端连接，B定时器IC5的地端GND端、B定时电容C6的另一端均接地；A定时器IC4的输出端OUT端与A相二极管Dl的阳极连接，B定时器IC5输出端OUT端与B相二极管D2阳极连接； 辨向式频率/电压信号处理电路包括F/V芯片IC6、反相器IC7、模拟开关IC8、跟随器IC9、迭加电阻R7、周期电阻R8、对地电阻R9、负端电阻RlO、反馈电阻Rl 1、中间滤波电阻R12、输出滤波电阻R13、周期电容C7、抗扰电容C8、反馈电容Cl 1、中间滤波电容C12、输出滤波电容C13 ;F/V芯片IC6的输入端IN端同时与A相二极管Dl的阴极、B相二极管D2的阴极、迭加电阻R7的一端连接；F/V芯片IC6的电源端+V端、集极端TC端均与电路正电源端VCC连接；F/V芯片IC6的积分端IC端与周期电容C7的一端连接；F/V芯片IC6的周期端RC端与抗扰电容C8的一端、周期电阻R8的一端连接；F/V芯片IC6的输出端OUT端同时与F/V芯片IC6的反馈端BF端、对地电阻R9的一端、负端电阻RlO的一端、中间滤波电阻R12的一端连接；迭加电阻R7的另一端、周期电容C7的另一端、抗扰电容CS的另一端、周期电阻R8的另一端、对地电阻R9的另一端、F/V芯片IC6的地端+GND端均接地；负端电阻RlO的另一端与反馈电阻Rll的一端、反馈电容Cll的一端、反相器IC7的负输入端-1N端连接；反相器IC7的输出端OUT端与反馈电阻Rll的另一端、反馈电容Cll的另一端、模拟开关IC8的常开端NO端连接；反相器IC7的正电源端+V端与电路正电源端VCC，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接，正输入端+IN接地；中间滤波电阻R12的另一端与中间滤波电阻容C12的一端、模拟开关IC8的常闭端NC端连接，中间滤波电阻容C12的另一端接地；模拟开关IC8的控制端IN端与D触发器IC3的输出端Q端连接；模拟开关IC8的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接，地端GND端接地；模拟开关IC8的公共端COM端与输出滤波电阻R13的一端连接，输出滤波电阻R13的另一端与输出电容C13的一端、跟随器IC9的正输入端+IN端连接，输出电容C13的另一端接地；跟随器IC9的负输入端-1N端与跟随器IC9的输出端OUT端、连接件CNl的输出端OUT端连接，正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。本发明所使用的包括施密特触发器IC1、异或门芯片IC2、D触发器IC3、定时器IC4与IC5、F/V芯片IC6、反相器IC7、模拟开关IC8、跟随器IC9、二极管Dl及D2、连接件CNl等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如:施密特触发器采用CD40106，异或门芯片采用CD4070，D触发器采用CD4013，定时器采用NE555，F/V芯片采用LM2917，模拟开关采用TS12A12511，反相器与跟随器采用TLC2654，二极管采用IN4148，连接件采用CH2.54-6等。本发明中的主要电路参数及输入输出关系如下:
图1中的A隔直电阻R3、A隔直电容C3、B隔直电阻R4、B隔直电容C4的参数与由连接
件CNl的脉冲输入端PGA、PGB端输入的脉冲频率J (单位:Hz)的最高值JLac间的配合关系
如式(I)所示，A定时电阻R5、A定时电容C5、B定时电阻R6、B定时电容C6的参数与间的配合关系如式(2)所示，周期电阻R8、周期电容C7参数的配合关系如式(3)所示，其中的巧自《为本电路从连接件CNl的输出端OUT端输出的电压信号Re (单位:V)的最大值、Vcc为电路正电源电压(单位:V)，负端电阻R10、反馈电阻R11、中间滤波电阻R12间的配合关系如式(4)所示，反馈电容CU、中间滤波电容C12间的配合关系如式(5)所示，而本发明
电路输出的电压信号Rei与直线运动速度F (单位:m/s)间的关系如式(6)所示，其中的L为脉冲当量(单位:m/P，脉冲当量的注释:从连接件CNl的脉冲输入端输入的每个脉冲代表的直线位移量)，如式(7)所示力线速度-电压转换系数(单位:V.s/m)。
权利要求
1.一种光栅直尺脉冲/直线速度模拟信号快速变换电路，包括四倍频脉宽调制处理电路和辨向式频率/电压信号处理电路，其特征在于: 四倍频脉宽调制处理电路包括连接件CN1、施密特触发器IC1、异或门芯片IC2、D触发器IC3、A定时器IC4、B定时器IC5、A输入滤波电阻R1、B输入滤波电阻R2、A隔直电阻R3、B隔直电阻R4、A定时电阻R5、B定时电阻R6、A输入滤波电容C1、B输入滤波电容C2、A隔直电容C3、B隔直电容C4、A定时电容C5、B定时电容C6、正电源电容C9、负电源电容C10、A相二极管D1、B相二极管D2 ;连接件CNl的正电源端+V端同时与电路正电源端VCC、正电源电容C9的正极连接；连接件CNl的负电源端-V端同时与电路负电源端VSS、负电源电容ClO的负极连接；连接件CNl的地端GND端与正电源电容C9的负极、负电源电容ClO的正极连接，且同时接地；连接件CNl的A相脉冲输入端PGA端与A输入滤波电阻Rl的一端连接，A输入滤波电阻Rl的另一端与A输入滤波电容Cl的一端、施密特触发器ICl的A单兀输入端A端连接，A输入滤波电容Cl的另一端接地；连接件CNl的B相脉冲输入端PGB端与B输入滤波电阻R2的一端连接，B输入滤波电阻R2的另一端与B输入滤波电容C2的一端、施密特触发器ICl的C单元输入端C端连接，B输入滤波电容C2的另一端接地；施密特触发器ICl的A单元输出端G=/A端与B单元输入端B端连接，施密特触发器ICl的C单元输出端I=/C端与D单元输入端D端连 接；施密特触发器ICl的B单元输出端H=/B端与异或门芯片IC2的A输入端A端、D触发器IC3的数据端D端连接；施密特触发器ICl的D单元输出端J=/D端与异或门芯片IC2的B输入端B端、D触发器IC3的时钟端CP端连接；施密特触发器ICl的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，施密特触发器ICl的地端GND端接地；施密特触发器ICl的E单元输出端K=/E端与A隔直电容C3的一端连接，A隔直电容C3的另一端与A隔直电阻R3的一端、A定时器IC4的输入端TR端连接，A隔直电阻R3的另一端接地；异或门芯片IC2的输出端J=A十B端同时与施密特触发器ICl的E单元输入端E端、B隔直电容C4的一端连接；异或门芯片IC2的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，IC2的地端GND端接地；D触发器IC3的电源端+V端与电路正电源端VCC连接，D触发器IC3的地端GND端接地；B隔直电容C4的另一端与B隔直电阻R4的一端、B定时器IC5的输入端TR端连接，B隔直电阻R4的另一端接地；A定时器IC4的电源端+V端和复位端D端、A定时电阻R5的一端均与电路正电源端VCC连接，A定时电阻R5的另一端与A定时器IC4的放电端D端、触发端TH端及A定时电容C5的一端连接；A定时器IC4的地端GND端、A定时电容C5的另一端均接地；B定时器IC5的电源端+V端和复位端D端、B定时电阻R6的一端均与电路正电源端VCC端连接,B定时电阻R6的另一端与B定时器IC5的放电端D端、触发端TH端、B定时电容C6的一端连接,B定时器IC5的地端GND端、B定时电容C6的另一端均接地；A定时器IC4的输出端OUT端与A相二极管Dl的阳极连接，B定时器IC5输出端OUT端与B相二极管D2阳极连接； 辨向式频率/电压信号处理电路包括F/V芯片IC6、反相器IC7、模拟开关IC8、跟随器IC9、迭加电阻R7、周期电阻R8、对地电阻R9、负端电阻RlO、反馈电阻Rl 1、中间滤波电阻R12、输出滤波电阻R13、周期电容C7、抗扰电容C8、反馈电容Cl 1、中间滤波电容C12、输出滤波电容C13 ;F/V芯片IC6的输入端IN端同时与A相二极管Dl的阴极、B相二极管D2的阴极、迭加电阻R7的一端连接；F/V芯片IC6的电源端+V端、集极端TC端均与电路正电源端VCC连接；F/V芯片IC6的积分端IC端与周期电容C7的一端连接；F/V芯片IC6的周期端RC端与抗扰电容C8的一端、周期电阻R8的一端连接；F/V芯片IC6的输出端OUT端同时与F/V芯片IC6的反馈端BF端、对地电阻R9的一端、负端电阻RlO的一端、中间滤波电阻R12的一端连接；迭加电阻R7的另一端、周期电容C7的另一端、抗扰电容CS的另一端、周期电阻R8的另一端、对地电阻R9的另一端、F/V芯片IC6的地端+GND端均接地；负端电阻RlO的另一端与反馈电阻Rll的一端、反馈电容Cll的一端、反相器IC7的负输入端-1N端连接；反相器IC7的输出端OUT端与反馈电阻Rll的另一端、反馈电容Cll的另一端、模拟开关IC8的常开端NO端连接；反相器IC7的正电源端+V端与电路正电源端VCC，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接，正输入端+IN接地；中间滤波电阻R12的另一端与中间滤波电阻容C12的一端、模拟开关IC8的常闭端NC端连接，中间滤波电阻容C12的另一端接地；模拟开关IC8的控制端IN端与D触发器IC3的输出端Q端连接；模拟开关IC8的正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接，地端GND端接地；模拟开关IC8的公共端COM端与输出滤波电阻R13的一端连接，输出滤波电阻R13的另一端与输出电容C13的一端、跟随器IC9的正输入端+IN端连接，输出电容C13的另一端接地；跟随器IC9的负输入端-1N端与跟随器IC9的输出端OUT端、连接件CNl的输出端OUT端连接，正电源端+V端与电路正电源端VCC端连接，负电源端-V端与电路负电源端VSS端连接。`
全文摘要
本发明涉及一种光栅直尺脉冲/直线速度模拟信号快速变换电路，本发明包括四倍频脉宽调制处理电路和辨向式频率/电压信号处理电路，具体包括连接件CN1、A输入滤波电阻R1、B输入滤波电阻R2、施密特触发器IC1、异或门芯片IC2、D触发器IC3、A定时器IC4、B定时器IC5、A隔直电容C3、B隔直电容C4、A相二极管D1、B相二极管D2，F/V芯片IC6、反相器IC7、模拟开关IC8、跟随器IC9、负端电阻R10、输出滤波电阻R13。本发明精度高、实时性强、自动辨识运动方向。
文档编号H03M1/66GK103107814SQ201310042758
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者陈德传, 郑忠杰, 尚冬冬 申请人:杭州电子科技大学