德國NUMERIK JENA KITL4光柵作為精密測量的一種工具,，由于他本身具有的優(yōu)點，已在精密儀器,、坐標測量,、精確定位、高精度精密加工等領域得到了廣泛的應用,。光柵測量技術是以光柵相對移動所形成的莫爾條紋信號為基礎的,，對此信號進行一系列的處理，即可獲得光柵相對移動的位移量,。將光柵位移傳感器與微電子技術相結合,，進行線性位移量的測量，以實現較高的測量精度。本文采用光柵作為傳感元件,，經接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘枺ń普倚盘枺?，采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向，利用單片機進行數據處理并顯示結果,。軟件采用匯編語言實現,。

1 硬件電路

本設計的硬件電路主要由單片機89C51、計數器8253,、細分與辨向電路,、信號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,；光柵光學組成。光柵光學系統(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信號轉換成電信號,，本系統(tǒng)采用的光敏元件是4個硅光電池,。

信號變換電路

信號變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號轉換成方波信號。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加到LM339的2個比較器的正輸入端上，而在這2個比較器的負輸入端分別預制一定的參考電壓,，該參考電壓應使光柵輸出的方波的高,、低電平寬度一樣。

細分與辨向電路

細分電路

為記錄光柵上移過的條紋數目和判斷光柵的移動率等,，傳感器中采用4極硅光電池來接收莫爾條紋信號,。調整莫爾條紋的寬度B，使他正好與4個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,，即進行4倍細分。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。為了辨別標尺光柵位移的方向,，僅靠一個光敏元件輸出一個信號是不行的,。必須有2個以上的信號根據他們的相位不同來判斷位移方向。因此,，本設計采用的是4個硅光電池來接收莫爾條紋信號,，則輸出的4路信號在相位上依次相差90°，利用這種特點設計的辨向電路的如圖3所示。圖中u1,，u2和u3,，u4分別通過相同的電路實現對位移方向的區(qū)別。當莫爾條紋上移時（假設經過硅光電池的前2個,，此時u1,，u2有信號，u3,，u4無信號）,，則圖中A點有計數脈沖，B點為恒定電平,；當莫爾條紋下移時（假設經過硅光電池的前2個,，此時u1，u2有信號,，u3,，u4無信號），則圖中B點有計數脈沖,，A點為恒定電平,。用2個不同計數器分別記錄上移和下移所形成的脈沖數，即可實現辨向,。

LED顯示

本文采用動態(tài)4位顯示,。第1位為符號為,，莫爾條紋上移為正,，下移為負；第2,，3位為整數位,；第4位為小數位。將所有的段選線并聯(lián)在一起,，由單片機的P1口控制,，而共陰極公共端分別由P3.0，P3.1,，P3.2,，P3.3控制，實現各位分時選通,。

軟件部分

軟件部分主要有采集子程序,、數據處理和顯示子程序組成。

采集子程序完成對計數值的讀入和轉化,；數據處理子程序完成對采集數據的線形化處理,；顯示子程序對結果進行循環(huán)顯示。

結 語

設計的硬件采用比較器LM339把光敏器件輸出信號轉換成方波信號，采用邏輯辨向電路,，對光柵的正向,、反向移動做準確的判斷；采用8253的2個計數器分別對正反兩路信號進行計數,，然后,，用89C51進行數據處理，送到顯示器顯示,。硬件結構簡單,、成本低、工作可靠,、精度比較高,；軟件采用匯編語言實現，程序簡單,、可讀性強,、效率高。