德國NUMERIK JENA KITL4光柵作為精密測(cè)量的一種工具,，由于他本身具有的優(yōu)點(diǎn),，已在精密儀器、坐標(biāo)測(cè)量,、精確定位,、高精度精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。光柵測(cè)量技術(shù)是以光柵相對(duì)移動(dòng)所形成的莫爾條紋信號(hào)為基礎(chǔ)的,，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行一系列的處理,，即可獲得光柵相對(duì)移動(dòng)的位移量。將光柵位移傳感器與微電子技術(shù)相結(jié)合,，進(jìn)行線性位移量的測(cè)量,，以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度,。本文采用光柵作為傳感元件,，經(jīng)接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘?hào)（近似正弦信號(hào)），采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向,，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果,。軟件采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。

1 硬件電路

本設(shè)計(jì)的硬件電路主要由單片機(jī)89C51,、計(jì)數(shù)器8253,、細(xì)分與辨向電路、信號(hào)變換電路和光柵位移傳感器組成,。如圖1所示,。

光柵位移傳感器

光柵位移傳感器包括以下幾部分：光柵；光柵光學(xué)組成,。光柵光學(xué)系統(tǒng)的作用是形成莫爾條紋,；光電接受系統(tǒng)。光電接受系統(tǒng)是由光敏元件組成,，他將莫爾條紋的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),，本系統(tǒng)采用的光敏元件是4個(gè)硅光電池,。

信號(hào)變換電路

信號(hào)變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)。本文中采用的比較器LM339,，來自光柵的莫爾條紋照到光敏元件硅光電池上,，他們所輸出的電信號(hào)加到LM339的2個(gè)比較器的正輸入端上，而在這2個(gè)比較器的負(fù)輸入端分別預(yù)制一定的參考電壓,，該參考電壓應(yīng)使光柵輸出的方波的高,、低電平寬度一樣。

細(xì)分與辨向電路

細(xì)分電路

為記錄光柵上移過的條紋數(shù)目和判斷光柵的移動(dòng)率等,，傳感器中采用4極硅光電池來接收莫爾條紋信號(hào),。調(diào)整莫爾條紋的寬度B，使他正好與4個(gè)硅光電池的寬度相同,。則可直接獲得在相位上依次相差90°的4路信號(hào),，即進(jìn)行4倍細(xì)分。如圖2所示,。

辨向電路

位移除了有大小的屬性外,，還具有方向的屬性。為了辨別標(biāo)尺光柵位移的方向,，僅靠一個(gè)光敏元件輸出一個(gè)信號(hào)是不行的,。必須有2個(gè)以上的信號(hào)根據(jù)他們的相位不同來判斷位移方向。因此,，本設(shè)計(jì)采用的是4個(gè)硅光電池來接收莫爾條紋信號(hào),，則輸出的4路信號(hào)在相位上依次相差90°，利用這種特點(diǎn)設(shè)計(jì)的辨向電路的如圖3所示,。圖中u1,，u2和u3，u4分別通過相同的電路實(shí)現(xiàn)對(duì)位移方向的區(qū)別,。當(dāng)莫爾條紋上移時(shí)（假設(shè)經(jīng)過硅光電池的前2個(gè),，此時(shí)u1，u2有信號(hào),，u3,，u4無信號(hào)），則圖中A點(diǎn)有計(jì)數(shù)脈沖,，B點(diǎn)為恒定電平,；當(dāng)莫爾條紋下移時(shí)（假設(shè)經(jīng)過硅光電池的前2個(gè)，此時(shí)u1,，u2有信號(hào),，u3，u4無信號(hào)），則圖中B點(diǎn)有計(jì)數(shù)脈沖,，A點(diǎn)為恒定電平,。用2個(gè)不同計(jì)數(shù)器分別記錄上移和下移所形成的脈沖數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)辨向,。

LED顯示

本文采用動(dòng)態(tài)4位顯示,。第1位為符號(hào)為，莫爾條紋上移為正,，下移為負(fù),；第2，3位為整數(shù)位,；第4位為小數(shù)位,。將所有的段選線并聯(lián)在一起，由單片機(jī)的P1口控制,，而共陰極公共端分別由P3.0,，P3.1，P3.2,，P3.3控制,，實(shí)現(xiàn)各位分時(shí)選通。

軟件部分

軟件部分主要有采集子程序,、數(shù)據(jù)處理和顯示子程序組成,。

采集子程序完成對(duì)計(jì)數(shù)值的讀入和轉(zhuǎn)化；數(shù)據(jù)處理子程序完成對(duì)采集數(shù)據(jù)的線形化處理,；顯示子程序?qū)Y(jié)果進(jìn)行循環(huán)顯示,。

結(jié) 語

設(shè)計(jì)的硬件采用比較器LM339把光敏器件輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，采用邏輯辨向電路,，對(duì)光柵的正向,、反向移動(dòng)做準(zhǔn)確的判斷；采用8253的2個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)正反兩路信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),，然后,，用89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，送到顯示器顯示,。硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,、工作可靠,、精度比較高；軟件采用匯編語言實(shí)現(xiàn),，程序簡(jiǎn)單,、可讀性強(qiáng)、效率高,。