[发明专利]微机细分和误差补偿式光栅数显仪

说明书

本发明涉及特定类型的计量设备，特别是一种采用微机细分和误差补偿的光栅数显仪。

为了提高光栅测量装置的测量精度，要求数显仪具有高的分辨率和高的细分精度，具有强的补偿误差的功能。光栅信号电子细分法，常用的有：直接细分法、电阻移相桥细分法、电平切割细分法及矢量运算细分法等。直接细分法细分数为4～8细分，其余几种方法细分数一般不超过100细分。

我国北京量具刃具厂生产的CDY-1型传动链测试仪，采用电平切割细分法，细分数为80，细分精度高，但细分电路很复杂，它由三角波形成电路、参考电压形成电路和电平切割电路等组成，使用了40多个运算放大器和大量精密电阻和门电路。

德国Leitz比长仪，采用电阻移相桥细分法，细分数为50;德国OPTON公司GPGOS传动比测量仪，采用电平切割细分法，细分数为80;我国中科院北京自动化研究所生产的GS-9000数显仪，细分数为100。以上几种方法虽可获得较大的细分数，但细分数大时，电路结构将显得非常复杂，调整困难。同时国内外数显仪均无强的补偿功能，特别是不能补偿阿贝误差。往往会造成光栅测量装置本身虽具有高的测量精度，而在使用时受阿贝误差影响，实际控制的被测工件的尺寸精度却较低。

本发明的目的是：它提供一种微机细分原理和误差补偿方法，使光栅数显仪具有高分辨率、高细分精度和强的误差补偿能力，特别是能补偿阿贝误差，克服现有技术不足。

本发明的技术方案是：它包括光栅测量头、细分、控制电路。具体的说由以下几个部份组成。

微机控制电路，包括微型计算机4（以下简称微机），只读存储器5，控制软件存放在只读存储器5中，软件运行所需的读写存储单元（RAM）由微机4内部的RAM来完成，微机4通过只读存储器5中的管理软件控制W/8周期内细分电路（W-为光栅栅距），八细分脉冲计数电路，数字显示屏10，键盘11及进行数据处理。

W/8周期内细分电路，包括绝对值电路1，模拟开关2，比较器6，模数转换芯片（A/D）3。由光栅测量头12测得的相位差为90°的正、余弦信号13经前置处理后，送入绝对值电路1，得到两路正、余弦的绝对值信号16、20，信号16、20一方面经比较器6后，输出信号17到模拟开关2，信号16、20另一方面直接送模拟开关2，使模拟开关2的输出信号18始终为信号16、20中的小值，信号19始终为信号16、20中的大值，并将信号18送入模数转换芯片3的模拟输入端口，信号20始终送模数转换芯片3的参考信号输入端口，形成用一块模数转换芯片3完成对正切或余切的采样，并转换成数字量，由线21通过线24接微机4进行数据处理。

数显及键盘控制电路，包括可编程键盘显示控制器9，与其连接的数显屏10、键盘11，数显屏10和键盘11均通过可编程键盘显示控制器9管理，并通过控制器9由线22经线24送给微机4处理，同时控制器9经线24通过线22由微机4管理。

下面对本发明作详细描述：

图1、光栅数显仪工作原理的电路结构图;

图2、细分原理图。

（一）光栅数显仪细分原理及计数原理（如图1、图2所示）：

（1）W/8周期内的细分原理：

光栅测量头12中的光栅尺移动时，即输送出两路正、余弦信号，经数显仪中的前置处理后，得到两路等幅、无直流电平的正交信号A、B，经绝对值电路1后，转变为｜A｜、｜B｜信号，｜A｜信号接模拟开关2（如CD4053B）的a_y、b_x和比较器6（如LM339）的正极，｜B｜信号接模拟开关2的a_x、b_y和比较器6的负极，得到：

a＝Min（｜A｜，｜B｜）＝Min（｜usinθ｜、｜ucosθ｜）

b＝Max（｜A｜，｜B｜）＝Max（｜usinθ｜、｜ucosθ｜）

u-常数

模拟开关2使a接模数转换芯片的模拟量输入端IN口，b接模数转换芯片3的参考信号电压输入端V_REF（+）口，这样，对｜A｜、｜B｜信号采样值为：

Data＝K· (a)/(b) ＝K｜tgθ｜ （或K｜ctgθ｜）

式中：K-常数

θ-光栅栅距W对应的电角度