基于EPA的光柵位移測量系統

SGC－4．2型光柵傳感器輸出的是HTL方波信號，而QA740210的工作電壓為+5 V，所以必須通過(guò)電平轉換才能實(shí)現倍頻脈沖的輸出。電平轉換電路如圖5所示。

4．2 電源電路
在進(jìn)行整個(gè)控制系統設計時(shí)，如果電源系統過(guò)于復雜和冗余，不僅會(huì )對其他部分電路產(chǎn)生電磁干擾，而且經(jīng)濟效益也不好，所以設計中所有芯片都選擇的是5 V、3．3 V或者1．8 V供電電壓。這樣，電源設計時(shí)只要用3片LM2596和一些電容、電感、二極管等就可以將24 V電壓直接轉化為所需電壓，電路設計不僅容易，也非常經(jīng)濟，電源電路如圖6所示。具體使用時(shí)可以根據需要選擇LM2596－5V、LM2596－3．3V、LM2596－1．8V的芯片。要獲得+1．8 V和+5 V時(shí)用圖6(a)的接法，要獲得+3．3 V時(shí)，用圖6(b)的接法。

4．3 人機接口和聲光報警電路
為限制位移執行機構在規定的范圍內運動(dòng)，必須用軟件設置限位開(kāi)關(guān)，每一邊界有一限位開(kāi)關(guān)。當撞到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，通過(guò)DS80C410從輸出端口P5．2輸出一個(gè)“1”電平，經(jīng)電阻分壓后，7920A的控制端MT得到約+1．5 V的電壓，于是從其樂(lè )曲信號輸出端OUT輸出華爾茲樂(lè )曲信號，經(jīng)過(guò)放大電路M51182L放大后，驅動(dòng)揚聲器發(fā)出相應的報警樂(lè )曲聲，音量的大小可以通過(guò)調整10 kΩ電位器來(lái)實(shí)現。同時(shí)接通發(fā)光二極管，紅燈報警，同時(shí)控制電機停止運轉。具體電路如圖7所示。

4．4 工業(yè)以太網(wǎng)接口電路
工業(yè)以太網(wǎng)接口電路是由微控制器DS80C410、以太網(wǎng)收發(fā)器LXT972ALC、網(wǎng)絡(luò )隔離變壓器S558－5999－T7、RJ45接頭和雙膠線(xiàn)等組成。以太網(wǎng)接口電路的作用，一方面是將工業(yè)現場(chǎng)的觀(guān)測數據上傳到以太網(wǎng)絡(luò )上，便于相關(guān)的管理部門(mén)或個(gè)人進(jìn)行決策管理；另一方面是將工業(yè)以太網(wǎng)的數據及操作命令傳送到工業(yè)現場(chǎng)，管理現場(chǎng)的測量系統進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的工作。當只進(jìn)行現場(chǎng)測量工作，而不需要進(jìn)行以太網(wǎng)通信時(shí)，可以由微控制器DS80C410直接控制整個(gè)現場(chǎng)設備。所以測量系統既具有單系統現場(chǎng)測量的可操作性，又具有網(wǎng)絡(luò )化測量的便捷性的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)接口電路略。

5 提高測量分辨率及精度的措施
5．1 溫度對測量精度的影響及補償
由于熱脹冷縮的作用，光柵刻線(xiàn)的間距會(huì )隨溫度而變化，這勢必會(huì )影響測量的精度。在溫度變化較大而對精度的要求又比較高的場(chǎng)合，必須對溫度進(jìn)行補償。對于相同的材料和相同的結構形式，其溫度引起形變的特性是相同的。補償的步驟是設定環(huán)境溫度在20℃時(shí)光柵的輸出為沒(méi)有溫度誤差的標準輸出，在20℃附近選擇一系列等間隔溫度點(diǎn)，經(jīng)過(guò)若干溫度的正(反)行程，在這些溫度點(diǎn)上測出柵尺的總體形變值，得出溫度形變相關(guān)數據。利用這些數據進(jìn)行特性曲線(xiàn)的擬合，擬合曲線(xiàn)即可進(jìn)行對溫度誤差的修正。擬合的曲線(xiàn)的多項式選擇二階或三階就足夠了，形式為：
ε＝a3t3+a2t2+azt+a0 (2)
式中ε為光柵尺的形變，t為溫度，ai為待定系數。擬合方法采用最小二乘法，求得的擬合多項式即表示了溫度與光柵形變的近似關(guān)系。進(jìn)行補償時(shí)有兩種辦法：一是將曲線(xiàn)的系數存于非易失性存儲器中，修正時(shí)直接計算以上多項式；另一種是將以上曲線(xiàn)做成表格，補償時(shí)，查表并插值。
5．2 提高系統抗干擾能力
光柵傳感器在具有振動(dòng)的環(huán)境下進(jìn)行測量時(shí)，經(jīng)常遇到干擾。在A(yíng)相或B相的邊緣處，即在電平跳變處，由于微小的振動(dòng)，會(huì )在邊緣處出現無(wú)數的小尖峰，使計數器誤觸發(fā)影響了計數精度。為此可以采用定時(shí)／計數器的飛讀或利用對脈沖有效性判斷等方法來(lái)提高系統的測量精度。