光栅位移测量在电感生产中的应用

　　5 送线机构位移的辩向与细分
　　5.1 辩向
　　如果将莫尔条纹宽度用w表示的话，则在位置处分别安装二个光栅管Ta,Tb，随着莫尔条纹的上下移动，在光敏三极管中感应出和光线亮度相应的电流，其波形呈睚弦波状。光线暗时，电流小，光线亮时电流大。由于两个光敏管所处的位置关系，其电流在相位上相差90°。
利用光敏三极管就可以检测出指示光栅和标尺光栅的相对位置，也就是它们的移动位置。图4为两光敏三极管Ta,Tb所检测出来的电流及放大后电压波形。
　　图4中，Ia是光敏管Ta的检测电流，而VA则是由比较器入大之后所得到的对应开关电压。Ib是光敏管Tb的检测电流，VB则是放大所得的对应开关电压。当指示光栅向左称动、莫尔条纹向上移动量，则形成图4(a)中的电流电压波形。当指示光栅向右移动时，则形成了图4(b)中的电流电压波形。
　　图4(a)中的VA、VB波形说明，当指示光栅左移时，VAVB的电平逻辑为00→01→11→10→00。
　　图4(b)中的VA、VB波形说明，当指示光栅右移时，VAVB的电平逻辑变化为00→10→11→01→00。
　　显然，单片机根据电平逻辑的变化情况，可以判别出指示光栅移动的方向，即送线机构的位置方向，光栅左移为机构送线，光栅右移为机构复位。
　　5.2 细分
　　细分技术可在不增加光栅刻线数（线数越多，制造难度越大，成本越昂贵）的情况下，提高光敏三极管的分辨能力。由上面的分析可知，两光栅相对移动一个栅距，莫尔条纹移动一个宽度W，光敏三极管的输出变化一个电周期2π，若将该电信号直接计数的话，则光敏三极管的分辨率只有一个栅距的大小。为了能够分辨比一个栅距更小的位移量，采用了四倍频细分电路，该电路能在一个栅距内，等间隔地分出四个计数脉冲，即，使得计数脉冲的频率提高了四倍，现栅距为0.01mm，细分后光敏三极管能分辨0.0025mm的位移，即，送线机构的位移精度提高到了μ极。这对于送线长度控制来讲已经达到了很高的精高。
　　图5是本测量系统采用的四倍频细分电路及波形。上面已讲到利用二个光敏三极管Ta、Tb可以辩向、如进一步将二个光敏三极管输出信号整形反相，可得到四个相痊诊次为0°、90°、180°、270°的方波信号，它们分别经RC微分电路，可得到四个尖脉冲信号。当指示光栅正向移动时，四个微分信号分别和有关的方波高电平相遇，与辩向原理的过程相似，可以在IC1的输出端得到四个加法计数脉冲，IC2保持低电平。如图5所示。反之，当指示光栅反向移动时，可以在IC2的输出端得到四个减法计数脉冲。
　　6.结束语
　　利用光栅传感位移测量系统对送线机构位移量进行动态测量和控制，精度高，响应速度快，稳定性好，不接触、无磨损、抗干扰能力强，输出信号大，实现数字读数并通过单片机控制系统实施数字控制，对提高电感线圈的绕制质量和效率非常有用。
　　参考文献
　　[1] 殷纯永.光电精密仪器设计.北京:机械工业出版社.1996