【正文】 設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的具體流程如圖（13）所示： 13 系統(tǒng)流程圖這樣我們就可以得到我們想要的設(shè)計(jì)結(jié)論，達(dá)到理想的目的。其中凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 凸輪機(jī)構(gòu)的類型 （1） 按凸輪的形狀分: 1) 盤形凸輪: 它是凸輪的最基本型式。 盤形凸輪和移動(dòng)凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)；而圓柱凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，所以前兩者屬于平面凸輪機(jī)構(gòu)，后者屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。 基準(zhǔn)光柵安裝在精密回轉(zhuǎn)的空氣軸承上，其標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)由均勻分布的七個(gè)莫爾條紋發(fā)生系統(tǒng)和光電接收系統(tǒng)產(chǎn)生。 （圖 21）光柵傳感器又稱光柵讀數(shù)頭，主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和光電元件組成。 光柵測(cè)量原理 當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相交一個(gè)微小的夾角時(shí)，由擋光效應(yīng)（對(duì)線紋密度≤50 條∕mm ）或光的衍射作用（對(duì)線紋密度≥100 條∕mm）,在與光柵線紋大致垂直的方向上產(chǎn)生亮暗相間的條紋，這些條紋稱為莫爾條。 （3）莫爾條紋的間距與兩光柵線紋夾角 之間的關(guān)系為：?B = 式（22）H2sinW??B _莫爾條紋間隙（ab 之間的距離） w— 光柵柵距 —兩光柵刻線間H ?的夾角 。 將此電壓信號(hào)經(jīng)過放大、整形變?yōu)榉讲?，?jīng)微分電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，再經(jīng)過變向電路和可逆計(jì)數(shù)器技數(shù)，則可在顯示元件上以數(shù)字形式實(shí)時(shí)地顯示出位移量的大小。2) 莫爾條紋的光電信號(hào) 由于條紋信號(hào)通常利用四級(jí)硅光池等線性光電器件接收，并以電信號(hào)的形式輸出。①采用相位相差 的兩光電信號(hào)差接，可消除直流分量180?及偶次諧波分量。波形如圖所示。由于光柵的相對(duì)移動(dòng)，使投射光的強(qiáng)度呈周期性變化，這種光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)硅光電池變?yōu)橹芷谛宰兓男盘?hào)（正弦波信號(hào)） ，對(duì)此信號(hào)做一系列的處理，即可獲得光柵的相對(duì)移動(dòng)量。對(duì)光柵讀數(shù)頭輸出的正弦波信9 / 43號(hào)進(jìn)行波形變換整形，形成與此正弦信號(hào)一致的周期性脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可獲得測(cè)角度的大數(shù)。對(duì)于線性函數(shù)這種方法十分簡(jiǎn)潔明了，并且具有好的測(cè)量精度。假如不足 的角度值用5? ? 5?來表示，則具體角度值： =N +n + 式中 n 為不足一周期所函有?120??的 信號(hào)的間隔數(shù)； 為不足 的角度值。由圖可知，光柵相對(duì)移動(dòng)所形成的莫爾條紋經(jīng)四相硅光電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，差分運(yùn)放形成 2 路相差 的正弦信號(hào)，從光柵讀數(shù)頭讀出。從波形入手，對(duì)光柵信號(hào)進(jìn)行電子細(xì)分的途徑可分為五類，即幅值分割法，周期測(cè)量法，角頻率倍增即倍頻法，移相多信號(hào)法及函數(shù)變換法。移相法是通過各種手段，得到一系列相位差按照 2π/n 排列的移相正弦信號(hào)群，再經(jīng)過信號(hào)過零點(diǎn)的編碼計(jì)數(shù)，就可以得到 n 倍頻的細(xì)分信息。5″的精度，必須得進(jìn)行較大的細(xì)分，細(xì)分?jǐn)?shù) n≥24，此外，由于測(cè)量的機(jī)構(gòu)為一分度凸輪機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是時(shí)刻變化的，對(duì)應(yīng)于圓光柵輸出的正弦波信號(hào)也是頻率變化的，是動(dòng)態(tài)測(cè)量，對(duì)比上表中的各種細(xì)分方法，可采用倍頻法和幅值分割法。的正弦信號(hào)，再將其與 2 倍頻后的正弦信號(hào)相乘，就可以得到 4 倍頻的信號(hào)，如此反復(fù)乘法倍頻 4 次就可以了，倍頻 4 次后頻率是初始信號(hào)的 16 倍，如果利用脈沖技數(shù)的方法，每個(gè)周期計(jì)兩個(gè)脈沖（一個(gè)正脈沖和一個(gè)負(fù)脈沖） ，則可以達(dá)到 32 細(xì)分，其精度達(dá)為： 120″/32=″ 滿足177。2）移相法細(xì)分對(duì)于硬件的移相方法，可以用電阻鏈來實(shí)現(xiàn)，從空間上對(duì)周期進(jìn)行了等分，由頻域和時(shí)間域的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，頻率的平移就等于時(shí)間域里時(shí)間的超前和滯后，因此，可以考慮在 LabVIEW 中利用延時(shí)來產(chǎn)生另一路信號(hào)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)還未能找出解決的方法，因此改用幅值細(xì)分法來細(xì)分?？梢岳梅捣指畹姆椒ㄟM(jìn)行細(xì)分，但是由于信號(hào)采集后在計(jì)算機(jī)里是離散的，不能像硬件設(shè)計(jì)那樣利u1 u1u2 u2 φφ令令令令015 / 43用電平比較，在光柵信號(hào) u 等于分割電平時(shí)計(jì)數(shù)，因?yàn)樵诓蓸訒r(shí)可能會(huì)由于采樣頻率低以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度的影響，等于分割電平的那個(gè)點(diǎn)可能會(huì)漏掉，從而使計(jì)數(shù)細(xì)分出錯(cuò)，可以考慮用區(qū)間來判定計(jì)數(shù)信號(hào)的輸出，即當(dāng)采樣點(diǎn)落在分割的區(qū)間內(nèi)的時(shí)候計(jì)數(shù)，要 n 細(xì)分，只要將一個(gè)周期分成 n 分，這樣，當(dāng)采樣點(diǎn)落在每個(gè)區(qū)間時(shí)就各計(jì)數(shù)一個(gè)脈沖，就可以實(shí)現(xiàn) n 細(xì)分了。另一種較好的方法是將正弦和余弦信號(hào)電壓進(jìn)行合成，得到與相位角 ψ 相關(guān)的近似三角形波的電壓，這種合成的三角形電壓，上升和下降部分具有基本不變的斜率。（2）周期等分法 由圓光柵測(cè)量角位移的原理知，轉(zhuǎn)角和正弦波的相位嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，因此對(duì)正弦波一個(gè)周期的相位進(jìn)行等分，就等于細(xì)分了柵距角，達(dá)到了細(xì)分的目的。各個(gè)區(qū)間依次首尾相接，保證了采樣的點(diǎn)都會(huì)落在對(duì)應(yīng)的某一個(gè)區(qū)間，然后求出周期等分點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幅值點(diǎn)，作為最終的細(xì)分區(qū)間，由于正弦函數(shù)值在一個(gè)周期內(nèi)不是單調(diào)的，正半周期和負(fù)半周期的函數(shù)值各關(guān)于 φ=π/2和 φ=3 π/2 對(duì)稱，因此應(yīng)該將每半個(gè)周期進(jìn)行奇數(shù)等分，這樣就會(huì)去掉非單調(diào)性對(duì)最終幅值區(qū)間劃分的影響，而且可以減少區(qū)間劃分的個(gè)數(shù)，2n 細(xì)分只要n+1 個(gè)幅值區(qū)間就可以了。180176。144176。108176。360176。324176。288176。 144176。 324176。30 個(gè)細(xì)分區(qū)間對(duì)應(yīng)了 16 個(gè)幅值區(qū)間。細(xì)分后的主要問題就是計(jì)數(shù)了，下面講述計(jì)數(shù)的方法 計(jì)數(shù)與判定部分的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其主要的原理流程如下：光柵信號(hào)計(jì)數(shù)原理框圖在硬件里所處理的信號(hào)是連續(xù)的模擬量，兩路相位相差 180176。其信號(hào)波形的處理過程如下圖（27）所示圖 27而在計(jì)算機(jī)里信號(hào)是離散的采樣點(diǎn)，尖脈沖產(chǎn)生的時(shí)間是有限的，如果時(shí)間太短，則有可能計(jì)算機(jī)會(huì)漏采掉對(duì)應(yīng)的尖脈沖，如果采樣時(shí)間特快，有可能在該處多采幾個(gè)值。對(duì)于 n 細(xì)分，每個(gè)周期采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)不少于 n 個(gè)，也就是采樣頻率至少是波形最高頻率的 n 倍，以保證每個(gè)周期內(nèi)，所有區(qū)間都至少有一個(gè)點(diǎn)落入，即每個(gè)周期內(nèi)各區(qū)間都有相同的計(jì)數(shù)值，當(dāng)在一個(gè)周期內(nèi)有多個(gè)點(diǎn)同在一個(gè)區(qū)間內(nèi)的時(shí)候，這個(gè)區(qū)間只計(jì)數(shù)一次，當(dāng)信號(hào)采樣點(diǎn)不在該區(qū)間時(shí)，區(qū)間不計(jì)數(shù)。將計(jì)數(shù)端子的值與數(shù)值 0 相比較,當(dāng)初時(shí)計(jì)數(shù)器的值為 0,比較器的輸出值為 T,如果此時(shí)的采樣點(diǎn)的值 x 滿足 x ∈[a,b), 則輸出為 T,經(jīng)過或門后計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)了初始第一次判斷后計(jì)數(shù),當(dāng)?shù)?2 次至第 m 次后由于計(jì)數(shù)值 N≥1,因此新增加的部分(=0?)將后續(xù)信號(hào)的變化鎖住了,只有下面原來的計(jì)數(shù)判定部分起作用。下圖出示了辨向電路原理和他的邏輯電路。即是說用 的電平狀態(tài)2? 2 2?作為與門控制信號(hào)來控制不同的移動(dòng)方向時(shí) 所產(chǎn)生的脈沖的輸出線?！≌崔D(zhuǎn)判定：由于圓光柵的轉(zhuǎn)向與波形的移動(dòng)方向相對(duì)應(yīng)，要判斷正反轉(zhuǎn)問題，也就是要判斷波形的移動(dòng)方向，對(duì)于周期性信號(hào)，如正弦波，必須利用兩路相位不同的正弦信號(hào)來判定，準(zhǔn)確的來說，是相位在一個(gè)周期內(nèi)相差值不能為 0176。在陰影所示的兩段內(nèi)，而這兩個(gè)波都不是單調(diào)遞增或遞減的，但是在 1 段內(nèi) Y1 的增區(qū)間正好是 Y2 的減區(qū)間，這樣可以利用兩個(gè)函數(shù)拼接起來的增減性判斷波的移動(dòng)方向。的正弦波，由前面的微分實(shí)驗(yàn)可一得到這樣一路信號(hào)，就有了兩路信號(hào)可以判斷轉(zhuǎn)向了。然后再用字符拼接函數(shù)來將（176。 轉(zhuǎn)角的記錄 在實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的顯示后，可以同時(shí)將顯示的結(jié)果自動(dòng)記錄到指定路徑的文件中，由于記錄的是字符文件，就要用字符記錄文件函數(shù)來記錄，在記錄的時(shí)候，可以將測(cè)試的日期，時(shí)間同時(shí)記錄在文件中，是利用獲取日期、時(shí)間的函數(shù)和將日期、時(shí)間轉(zhuǎn)換為字符量的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，為了顯示時(shí)間更詳細(xì)一點(diǎn)，將日期、時(shí)間轉(zhuǎn)換函數(shù)的控制端置T，這樣就可以在記錄和顯示時(shí)間的時(shí)候?qū)r(shí)間精確到了秒。一個(gè)完整的系統(tǒng)往往就是由環(huán)節(jié)或者部件通過接口相互連接而組成的。1995 年制定的 規(guī)范,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了~l2Mbps,1999 年制定的 規(guī)范,數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到 480Mbps,為大數(shù)據(jù)量高速實(shí)時(shí)傳輸提供了一個(gè)有效的的通信方式。圖 214 USB 接口示意圖由于設(shè)計(jì)采用的不是NI公司的數(shù)據(jù)采集卡，因此在用的時(shí)候不能直接調(diào)用它，需要自行編制數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序的主要內(nèi)容就上對(duì)數(shù)據(jù)采樣的方式，通道和采樣頻率進(jìn)行設(shè)定，相當(dāng)于初始化的編程，由于圓光柵的輸出為兩路相位相反的正弦信號(hào)，因此需要設(shè)置兩個(gè)采樣通道，測(cè)量的時(shí)候轉(zhuǎn)角是一直變化的，所以要采用多點(diǎn)采樣，圓光柵的輸出信號(hào)頻率很高，對(duì)一個(gè)正弦波采樣，至少在一個(gè)周期內(nèi)要采樣5個(gè)點(diǎn)，即采樣頻率至少是波形最高頻率的5倍，才能使采樣的波形不失真。3 前后面板的設(shè)計(jì)及軟硬件的連接 后面板的設(shè)計(jì)后面板就相當(dāng)于儀器的內(nèi)部電路元件的結(jié)構(gòu)組成，是整個(gè)程序的主體。此外，還有很多地方是并行執(zhí)行的，當(dāng)信號(hào)采樣進(jìn)入程序后，一部分進(jìn)行轉(zhuǎn)角的測(cè)量，還有另外兩個(gè)分支，一個(gè)分支作為輸入信號(hào)的波形的直接顯示，并記錄波數(shù)據(jù)在波文件中，以便以后離線時(shí)也可以對(duì)測(cè)量的結(jié)果完全的“回放” ，即再現(xiàn)；另一個(gè)分支做為故障診斷，將信號(hào)進(jìn)行FFT變換，變換后的信號(hào)也可以顯示在前面板上，另外也可以將FFT的結(jié)果記錄下來，便于以后的診斷分析處理。 參數(shù)的設(shè)置 在程序中有很多地方要求設(shè)置參數(shù)，有的參數(shù)輸入是變量，有的是常量，例如在濾波時(shí)候要求設(shè)置濾波的上下限值，而濾波的上下限值可以在測(cè)試的時(shí)候調(diào)節(jié)；在計(jì)數(shù)判定部分，各個(gè)計(jì)數(shù)的區(qū)間的上下限值需要在編程時(shí)就設(shè)定好，運(yùn)行時(shí)就不能再改變了，要調(diào)節(jié)時(shí)必須使程序先停下來。采用軟簧管連接可以消除兩軸不同心所造成的誤差，采用開口圓環(huán)，可以適應(yīng)不同直徑的軸。它們之間傳送的是數(shù)字量的信號(hào)采樣值。確定性振動(dòng)又分為周期性振動(dòng)和非周期性振動(dòng)。隨機(jī)振動(dòng)是一種非確定性振動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期是不規(guī)則的，事先無(wú)法確定振幅、頻率或相位的瞬時(shí)值，但有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，是簡(jiǎn)易儀器無(wú)法精確測(cè)試的一種振動(dòng)。振幅通常用峰值、平均值、有效值和波峰因數(shù)來體現(xiàn)。FFT分析法是利用FFT信號(hào)分析儀，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，就能在屏幕上直接顯示出頻譜圖，利用移動(dòng)光標(biāo)可直接讀出各個(gè)頻率點(diǎn)的振幅參數(shù)。上述的這些頻譜分析技術(shù)在計(jì)算機(jī)中的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)就是離散傅里葉變換，其，就需要對(duì)輸入計(jì)算機(jī)里的信號(hào)進(jìn)行FFT變換，在LabVIEW中有這樣的虛擬儀器可以直接調(diào)用，可以設(shè)置FFT變換的相關(guān)參數(shù)。新的以軟件為中心的虛擬儀器系統(tǒng)為用戶提供了創(chuàng)新技術(shù)并大幅降低了生產(chǎn)成本。另外，開發(fā)這些儀器還必須要用專門的技術(shù)和高成本的元部件，從而使它們身價(jià)頗高且很不容易更新。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步、現(xiàn)成即用的元件價(jià)格更低廉、功能更強(qiáng)大，由其制成的插入式板卡當(dāng)然也了包含了這些優(yōu)勢(shì)。此編程的另一優(yōu)點(diǎn)是將軟件的界面設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開來，修改人機(jī)交互界面無(wú)需對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，這對(duì)設(shè)計(jì)像儀器操作面板這樣復(fù)雜的人機(jī)界面而言是十分方便的。下面主要介紹虛擬示波器，他主要由軟件控制完成信號(hào)的采集、處理和顯示，具體包括數(shù)據(jù)采集、波形顯示、波形分析、頻譜分析及波形存儲(chǔ)和回放等五大模塊。其中，觸發(fā)控制包括內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)模式。此外，波形顯示時(shí)還有相應(yīng)的標(biāo)尺，可以用他方便的讀出任意點(diǎn)的參數(shù)值。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和回放模塊 按“RUN”和“SAVE”控制是否進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；主界面提供了文件名輸入框，供寫盤和讀盤時(shí)用。Lab VIEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。它可以藉不同的接口總線的溝通，將虛擬儀器、帶接口總線的各種電子儀器或各種插件單元，調(diào)配并組建成為中小型甚至大型的自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)。GP－IB 儀器總線已經(jīng)風(fēng)行多年，由于它只是 8 位并行儀器總線，傳輸速率和傳輸距離有限，已經(jīng)跟不上當(dāng)今大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的需求。在這一方面，不僅常有新的軟件出現(xiàn)，也常有高水平的系統(tǒng)開發(fā)成果的報(bào)道。目前國(guó)際上虛擬儀器所用 IEEE 1394 總線的傳站速度的最高記錄，已經(jīng)達(dá)到 100Mb／s。 虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴(kuò)大虛擬儀器的功能，在測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達(dá)模式及其變換方面也做了許多工作，發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級(jí)分析庫(kù)和開發(fā)工具庫(kù)（例如測(cè)量結(jié)果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數(shù)字濾波器、卷積處理和相關(guān)函數(shù)處理、微積分、峰值和閾值檢隊(duì)波形發(fā)生、噪聲發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運(yùn)算、時(shí)域和頻域分析等），使虛擬儀器發(fā)展成為可以組建極為復(fù)雜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)?！皼]有測(cè)量就沒有鑒別，科學(xué)技術(shù)就不能前進(jìn) ”。LabVIEW的特性就是圖形化的編程環(huán)境。 LabVIEW 帶有現(xiàn)成即用的函數(shù)庫(kù)，用戶可以用它集成各種獨(dú)立臺(tái)式儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器視覺產(chǎn)品、GPIB/IEEE 488 和串口/RS232 設(shè)備、PLCs 等，從而開發(fā)出一套完整的測(cè)量和自動(dòng)化解決方案。 LabVIEW 是獨(dú)立于平臺(tái)的，在一種環(huán)境下編寫的虛擬儀器程序（簡(jiǎn)稱VI），能夠透明地轉(zhuǎn)移到其他LabVIEW 平臺(tái)上。閉環(huán)嵌入式系統(tǒng)一般要利用控制算法進(jìn)行逐點(diǎn)運(yùn)算以便保證穩(wěn)定性。除了圖形化編程和方便的定義界面屬性外，你只需利用拖放工具，就可將物體拖放到儀器的前面板上。 在虛擬儀器用戶界面里，LabVIEW 提供了大量?jī)?nèi)置的可視化工具用于顯示數(shù)據(jù)：從圖表到圖形、從2D 到3D 顯示，應(yīng)有盡有。 在虛擬儀器系統(tǒng)中，將信號(hào)采集到電腦還需要利用軟件完成復(fù)雜的分析和信號(hào)處理工作。Play；VXI儀器標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序。通過這個(gè)圖形界面，你可以：1) 操作儀器程序2) 控制硬件3) 分析采集到的數(shù)據(jù)4) 顯示結(jié)果可以使用旋鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)盤、圖表等自定義你的前面板，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的控制面板、創(chuàng)建自制測(cè)試面板