【大学】数字式传感器

1、.第四章第四章 数字式传感器数字式传感器常用数字式传感器有：常用数字式传感器有：光栅式传感器、磁栅式传感器、编码器、光栅式传感器、磁栅式传感器、编码器、感应同步器感应同步器.数字式传感器输出信号的特征：数字式传感器输出信号的特征：n频率形式频率形式（单位时间内脉冲数目）（单位时间内脉冲数目）n脉冲周期（发一个脉冲所需时间）脉冲周期（发一个脉冲所需时间）n数字或代码的形式数字或代码的形式.第一节第一节 光栅数字式传感器光栅数字式传感器n分类分类n光栅传感器基本原理结构光栅传感器基本原理结构n测量电路测量电路n应用应用 .分类：分类：计量光栅计量光栅物理光栅（衍射光栅物理光栅（衍射光栅）按原理和用

2、途按原理和用途按原理按原理 透射光栅透射光栅反射光栅反射光栅 按光栅表面结构和作用原理按光栅表面结构和作用原理黑白光栅黑白光栅闪耀光栅（相位光栅闪耀光栅（相位光栅） 按用途按用途长光栅长光栅圆光栅圆光栅 径向光栅径向光栅切向光栅切向光栅 激光全息光栅、偏振光栅激光全息光栅、偏振光栅玻璃相位光栅的断面玻璃相位光栅的断面.光栅传感器的结构和工作原理：光栅传感器的结构和工作原理：n光栅传感器的工作基础光栅传感器的工作基础莫尔条纹莫尔条纹n莫尔条纹的形成莫尔条纹的形成n莫尔条纹的重要特性莫尔条纹的重要特性n光栅传感器的结构光栅传感器的结构n透射式圆光栅传感器透射式圆光栅传感器.莫尔条纹的形成：栅尺结构

3、.莫尔条纹的形成莫尔条纹的形成遮光效应：遮光效应：两块光栅的刻线相交两块光栅的刻线相交处形成亮带；处形成亮带；一块光栅的刻线与另一块光栅的刻线与另一块光栅的缝隙相交一块光栅的缝隙相交处形成暗带。处形成暗带。 在和光栅刻线向垂直的在和光栅刻线向垂直的方向上，就出现了明暗相方向上，就出现了明暗相间的条纹，这些条纹就是间的条纹，这些条纹就是莫尔条纹。莫尔条纹。.莫尔条纹的重要特性：n运动的对应性；运动的对应性；n莫尔条纹的位移放大作用莫尔条纹的位移放大作用；n误差平均效应误差平均效应。WWWB222sin2.光栅传感器的结构：光栅传感器的结构：透射光栅传感器透射光栅传感器 1光源；光源；2透镜；透镜

4、；3主光栅；主光栅；4指示光栅；指示光栅；5光电元件光电元件 组成：光栅付、光源、光电转换电路组成：光栅付、光源、光电转换电路.透射式圆光栅传感器：透射式圆光栅传感器：径向光栅径向光栅圆弧形莫尔条纹圆弧形莫尔条纹.环形莫尔条纹环形莫尔条纹切向光栅切向光栅.光栅传感器常用光路：光栅传感器常用光路：n垂直透射式垂直透射式n透射分光式透射分光式n反射式反射式n镜像式镜像式.垂直透射式光路垂直透射式光路 1光源；光源；2透镜；透镜；3主光栅；主光栅；4指示光栅；指示光栅；5光电元件光电元件.透射分光式光路：透射分光式光路： 1光源；光源；2准直透镜；准直透镜；3主光栅；主光栅；4指示光栅；指示光栅；5

5、透镜；透镜；6光阑；光阑；7光电元件光电元件. 1主光栅；主光栅；2指示光栅；指示光栅；3场镜；场镜；4反光镜；反光镜； 5聚焦透；聚焦透；6光源；光源；7物镜；物镜；8光电元件光电元件 反射式光路：反射式光路： .镜像式光路：镜像式光路： 1光源；光源；2半透半反射镜；半透半反射镜；3聚光镜；聚光镜；4主光栅；主光栅； 5物镜；物镜；6反射镜；反射镜；7光电元件光电元件.测量电路测量电路：n光电转换电路光电转换电路n辨向电路辨向电路n细分电路细分电路.光电转换电路：光电转换电路： 主光栅和指示光栅做相对位移产生了莫尔条纹，莫尔条纹需要经过转换电路才能将光信号转换成电信号。光栅传感器的光电转换

6、系统由聚光镜和光敏元件组成，光敏元件可以将光量的变化转换成电阻或电能的变化。 .辨向原理：辨向原理：.利用莫尔条纹测量位移的电路方框图：利用莫尔条纹测量位移的电路方框图：光电元件光电元件前置放大器前置放大器整形整形辨向电路辨向电路可逆计数器可逆计数器.细分原理：细分原理：v信号细分电路又称为插补器。信号细分电路又称为插补器。v采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值，采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值，以提高辨率。以提高辨率。光栅细分的方法：光栅细分的方法：机械细分机械细分光学细分光学细分电路细分电路细分软件细分软件细分直接细分（四倍频细分）直接细分（四倍频细分）细分电桥细分电桥电阻链细

7、分（五细分）电阻链细分（五细分）鉴向法细分鉴向法细分复合细分复合细分.1、直接细分（倍频细分）、直接细分（倍频细分）.2、移向电阻链细分（电桥细分法）、移向电阻链细分（电桥细分法）.电阻链细分：电阻链细分：n典型五倍频细分集成芯片典型五倍频细分集成芯片C5192,C5193.应用：n用于机床、仪器做长度测量、坐标显示用于机床、仪器做长度测量、坐标显示和数控系统的自动测量等和数控系统的自动测量等 。.型型 号号BG1BG1A光栅栅距光栅栅距40 m（0.040mm）、）、20 m（0.020mm）、）、10 m（0.010mm）光栅测量系光栅测量系统统透射式红外光学测量系统，高精度性能的光栅玻璃

8、尺透射式红外光学测量系统，高精度性能的光栅玻璃尺读数头滚动读数头滚动系统系统垂直式五轴承滚动系统，优异的垂直式五轴承滚动系统，优异的重复定位性，高精度测量精度重复定位性，高精度测量精度45五轴承滚动系统，优异的重复五轴承滚动系统，优异的重复定位性，高等级的测量精度定位性，高等级的测量精度防护尘密封防护尘密封采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶，防水、防尘采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶，防水、防尘优良，使用寿命长优良，使用寿命长分辨率分辨率1 m2 m5 m10 m有效行程有效行程503000mm 每隔每隔50mm一种长度规格（整体光栅不接长）一种长度规格（整体光栅不接长）工作速度

9、工作速度20米米/分钟分钟工作环境工作环境温度温度050 湿度湿度90(205)工作电压工作电压5V5% 12V5%输出电压输出电压TTL 正弦波正弦波 BG1型光栅传感器的技术指标型光栅传感器的技术指标.在具体使用时要注意：在具体使用时要注意：（1）传感器应尽量安装在靠近设备工作台的床身基）传感器应尽量安装在靠近设备工作台的床身基面上。面上。（2）根据设备的行程选择传感器的长度，光栅传感）根据设备的行程选择传感器的长度，光栅传感器的有效长度应大于设备行程。器的有效长度应大于设备行程。（3）将传感器固定在设备工作台的基面上，确保主）将传感器固定在设备工作台的基面上，确保主尺上端面同正面与移动方向平行，误差尺上端面同正面与移动方向平行，误差。（4）读数头固定于相对于主尺的另一基面上，读数）读数头固定于相对于主尺的另一基面上，读数头与主尺之间应保持的间隙，尽量使读数头安装在非头与主尺之间应保持的间隙，尽量使读数头安装在非运动