1 光柵位移傳感器測量原理

　　將光源、兩塊長光柵（指示光柵和標(biāo)尺光柵）、光電檢測器件等組合在一起構(gòu)成的光柵傳感器通常稱為光柵尺。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí)，在與光柵刻線大致垂直的方向上就會(huì)產(chǎn)生莫爾條紋，在條紋移動(dòng)的方向上放置光電探測器，可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，這樣就可以實(shí)現(xiàn)位移信號到電信號的轉(zhuǎn)換。目前使用的光柵尺的輸出信號主要有2類：一類是相位角相差90°的2路方波信號，另一類是相位依次相差90°的4路正弦信號。

　　本文針對輸出正弦波的傳感器進(jìn)行了討論，對于輸出為正弦信號的光柵尺，需要對輸出信號進(jìn)行整形。光柵尺的輸出信號經(jīng)過整形后如圖1所示。

　　將光柵尺輸出的信號進(jìn)行細(xì)分，然后辨向，再送入可逆計(jì)數(shù)器。由于2路信號周期同為T，相位相差90 °，光柵尺中的指示光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距，輸出電信號就變化一個(gè)周期，如果能夠把變化的周期數(shù)測量出來，就可以測出相對位移。

　　2 CPLD的選擇

　　本設(shè)計(jì)中選擇的CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）是Altera公司的EPM 7128SLC84-15，它采用CMOS工藝，是一種基于EPROM的器件。該芯片有84個(gè)引腳，其中5個(gè)用于ISP（In System Programmable）下載，可以方便地對其進(jìn)行在系統(tǒng)編程。此器件內(nèi)集成了6 000門，其中典型可用門為2 500個(gè)，有128個(gè)邏輯單元，60個(gè)可用I/O口，可以單獨(dú)配置為輸入、輸出及雙向工作方式，2個(gè)全局時(shí)鐘及1個(gè)全局使能端和1個(gè)全局清除端。EPM 7128SLC284-15支持多電壓工作，其中15代表芯片的速度，該芯片傳輸延時(shí)為7.5 ns，最高工作頻率為125 MHz，并支持多種編程方式。利用Altera公司的QuartusⅡ5.1軟件可以方便地進(jìn)行仿真、綜合和下載。

　　3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)中使用的光柵傳感器輸出的是4路相位差為90°的正弦信號，因此需要對傳感器的輸出信號進(jìn)行整形處理。本設(shè)計(jì)中采用了由運(yùn)放LM393構(gòu)成的差分放大器，將光柵傳感器輸出的4路信號分別送入2個(gè)差分放大器的輸入端，從差分放大器輸出的2路信號其相位差為90°，整個(gè)系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　將差分后的信號進(jìn)行整形得到2路方波信號，得到的方波信號不能直接送入計(jì)數(shù)器中，在本設(shè)計(jì)中由EPM 7128SIC84-15完成4細(xì)分、辨向、計(jì)數(shù)的功能，在QuartusⅡ5.1中采用原理圖的輸入方式將上述模塊組合成一個(gè)軟件系統(tǒng)。