机电一体化系统数字信号的检测

光栅、磁栅、光电编码器、激光干涉仪等传感器输出增量码信号，信号变化的周期与被测位移成正比的信号，其检测系统如图示：

传感器输出多为正弦波信号，经放大、整形后变成数字脉冲信号，进入计数器、计算机，为提高分辨率，采取细分电路；
辫向电路辨别方向以便正确进行加法或减法记数；
脉冲信号所对应的被测来年感不便于读出和处理时，需进行脉冲当量变换电路。
多路信号的细分与辨向
为提高增量码仪器的分辨率，常将增量码传感器信号的每一周期再细分为若干区间，每个区间计一个数，辨向电路用于辨别测量部件的运动方向。
下图是采用光栅测量线位移的原理图，其中，1,2分别为标尺光栅和指示光栅，其栅距相同。当将两块光栅靠近放置、并让其刻线面平行、刻线方向相交成一个很小的夹角θ时，在于光栅刻线垂直方向上可形成明暗交替的莫尔条纹，如图a透过莫尔条纹的光通量Φ的变化如图b所示，当标尺光栅1相对于指示光栅2沿x方向移动时，莫尔条纹沿y方向移动。如果沿y方向仅放置一个光电元件，则光栅尺每相对移过一个栅距W，输出的光电信号变化一个周期；如果沿y方向在莫尔条纹宽度B的范围内等间距放置n个光电元件、、…、，则光栅尺相对移动时，各光电元件将输出n个相位差依次为360o/n的光电信号。将这n个近似正弦波的光电信号整形成方波后，可利用其上升沿或下降沿发计数脉冲。光栅尺每相对移过一个栅距W，就可获得n个等间隔的计数脉冲，从而实现n细分。（多路信号采集细分一般用于四细分）

电阻链移相细分与辨向
为了实现更高的细分数，可在多路信号采集细分的基础上，利用细分电路对所获得的信号进一步细分。电阻链移相细分是其中的一种，其细分数可达8 ～ 60。
下图为电阻链移相细分的原理图， 、分别是来自传感器的相位差90°的正弦和余弦信号，即


由式可见，输入的正、余弦信号经电阻链运算电路进行线性叠加后，得到一相位移为的输出信号。改变 的比值，就可获得不同相位的输出信号，相位移只能在0°~90°内变化。为了得到0°~360°内的移相信号，可采用如下的电阻链移相电路

锁相倍频细分与辨向

锁相倍频细分原理图如上所示。如果被测信号的变化频率，通过锁相倍频电路使输出信号的频率为。若对输出信号的周期进行计数，则输入信号每变化一个周期，在输出端可计n个数，从而实现n细分。
为了使输出信号 跟踪输入信号的变化，并始终保持，电路中对采用了闭环控制。首先将n分频，然后反馈回来与进行比较。当时，输入信号与反馈信号频率相同，相位差为零，因而鉴相器的输出 保持不变，使倍频压控振荡器的振荡频率也保持不变。当时，输入信号与反馈信号的相位差发生变化，鉴相器的输出也发生变化，并通过滤波器使加到振荡器的电压发生变化，振荡频率发生变化，直至重新达到稳定状态为止。