第4章位移的测量

1、第四章第四章 位移的测量位移的测量4.1 4.1 位移检测位移检测 位移位移是向量，是指物体或其某一部分的位置相对参考点在一定方向上产生的位置变化量。 因此位移的度量除要确定其大小大小外，还要确定其方向方向。第四章第四章 位移的测量位移的测量 按被测量，位移的测量分为按被测量，位移的测量分为线位移线位移测量和测量和角位移角位移测量。测量。 按测量参数的特性，位移测量分为按测量参数的特性，位移测量分为静态位移静态位移测量和测量和动态位动态位移移测量。测量。一、位移测量的分类：一、位移测量的分类：二、位移测量注意问题：二、位移测量注意问题： 测量方向与位移方向重合测量方向与位移方向重合位移是指物体

2、上某一点在一定方向上的位置变动，是矢量。位移是指物体上某一点在一定方向上的位置变动，是矢量。如果测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅仅反映该如果测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅仅反映该测量方向上的分量，测量方向上的分量， 而不能真实反映需测位移的大小。而不能真实反映需测位移的大小。 位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当的测量位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当的测量点、测量方向和测量系统。点、测量方向和测量系统。第四章第四章 位移的测量位移的测量3三、三、 常用的位移传感器常用的位移传感器 电阻电阻：应变、压阻、变阻。：应变、压阻、变阻。 电感电感：自感：变气隙、螺线管

3、；：自感：变气隙、螺线管； 互感：差动变压器；互感：差动变压器； 涡流。涡流。 电容电容：变面积、变极距、变介电常数。：变面积、变极距、变介电常数。 霍尔元件霍尔元件。 光栅、光电编码盘、磁尺、激光干涉仪光栅、光电编码盘、磁尺、激光干涉仪。根据环境、动态特性、量程、精度、价格等参数选择。根据环境、动态特性、量程、精度、价格等参数选择。第四章第四章 位移的测量位移的测量4.1 常用位移传感器常用位移传感器型型 式式测量范围测量范围精确度精确度直线性直线性特特 点点电阻式电阻式 滑线式滑线式 线位移线位移 角位移角位移 变阻器变阻器 线位移线位移 角位移角位移1300 mm0360 11000 m

4、m060 rad0.1%0.1%0.5%0.5%0.1%0.1%0.5%0.5%分辨率较好，可用于分辨率较好，可用于静态或动态测量。机静态或动态测量。机械结构不牢固械结构不牢固结构牢固，寿命长，结构牢固，寿命长，但分辨率差，电噪声但分辨率差，电噪声大大应变式应变式 非粘贴式的非粘贴式的 粘贴的粘贴的 半导体的半导体的0.5%应变应变0.3%应变应变0.25%应应变变0.1%2%3%2%3%1%满刻度满刻度20%不牢固不牢固牢固，使用方便，需牢固，使用方便，需温度补偿和高绝缘电温度补偿和高绝缘电阻输出幅值大，温度阻输出幅值大，温度灵敏性高灵敏性高第四章第四章 位移的测量位移的测量型型 式式测量范

5、围测量范围精确度精确度直线性直线性特特 点点电感式电感式 自感式自感式 变气隙型变气隙型 螺管型螺管型 特大型特大型差动变压器差动变压器涡电流式涡电流式同步机同步机微动同步器微动同步器旋转变压器旋转变压器0.2 mm1.52 mm3002000 mm0.08 75 mm2.5 250 mm360 10601%0.5%1%3%0.10.7 1%3%0.15%0.1%0.0%W 光学放大 提高灵敏度可调性：夹角 条纹间距B 灵活准确性：大量刻线 误差平均效应 克服个别/局部误差 提高精度 莫尔条纹（莫尔条纹（Moire）的特性）的特性第四章第四章 位移的测量位移的测量光栅传感器的工作原理故 被测物

6、体位移栅距脉冲数被测物体位移莫尔条纹移动正弦波方波脉冲通过光栅 转 换通过光电 元件转移整 形 转 换逻辑电压 转 换第四章第四章 位移的测量位移的测量 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光栅传感器的工作原理第四章第四章 位移的测量位移的测量u光栅传感器特点 精度高： 测长(0.2+210-6L)m， 测角0.1量程大： 透射式-光栅尺长（米）， 反射式-几十米响应快： 可用于动态测量增量式： 增量码测量 计数 断电数据消失要求高： 对环境要求高温度、 湿度、灰尘、振动、 移动精度成本高： 电路复杂 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光栅传感器的工作原理第四

7、章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路信号各种接口放大细分整形四倍频、判向加减计数正弦(余弦)信号方波信号数字信号信号转换第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u信号的形成与转换W11 4nWW22 4n WW33 4nWWsin xc o s xc o s xsin x第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u信号的形成与转换标尺光栅指示光栅假如移动了一个栅距Ws in xs in xc o s xc o s xs in xc o s xc o s xs in x得到四个信号：第四章第

8、四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u信号的形成与转换得到一对相位相差 的正交差分信号2正弦差分信号余弦差分信号第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u信号放大可得到相位差分别为 ， ， 的正弦信号021RouRu2R2C1C1RouRu2R2C1Csin xcosx第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u 位移信号ppu2cos()bpP PuuuxW pupu2sin()apP PuuuxW ppu一对正交位移信号： 和aubu位移的方向：au正向时 超前aubu反向时 超前aubu

9、x位移的大小： 可见位移大小的信息包含在信号的相位中。第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u电阻链细分电路sinsinammuUxUsin()cos2bmmuUxUouaubu1R2R121212baR uR uRRRR0pu p pmuU设 ， 。则 212()oabbRuuuuRR121212cossinmmRRUURRRRsincoscos sinmmUUsin()mU 22212c o sRRR2212RR2R1R12arctanRR221212mmRRUURR12212s inRRR注：ouaubuau第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传

10、感器的测量电路光栅传感器的测量电路u五细分电路100sin18K56K24K33K56K18K33K24K33K24K24K33K18K56K56K18Kcossin5310257104591023501 83 65 47 29 01 0 81 2 61 4 41 6 2第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u信号整形正弦信号通过电压比较器，整形为同周期的方波信号。cosxRuiuRusin xRuiuiuiu1.2 M5Viu10K2.7K13 pRuou10K电压比较器339LM1.2 M5Viu10K2.7K13 pRuou10K电压比较器339LM

11、第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u五细分电路信号处理过程036721854901081261461 42得到十路方波信号，其相位依次相差 18第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u五细分电路信号处理过程03672108144XP0367210814403672108144XPPPPPPPPPPP0367210814403672108144PPPPPPPPPP03672108144PPPPP信号相位每变化 就产生一个新的方波，所以得到5倍频（细分）。72第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅

12、传感器的测量电路u五细分电路信号处理过程185490126162YP185490126162185490126162YPPPPPPPPPPP185490126162185490126162PPPPPPPPPP185490126162PPPPP得到五细分（倍频）后的 ， 正交方波。 XPYP第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u 四细分、判向逻辑XPYPW小结：光栅相对位移莫尔条纹正交正弦信号五细分正交方波信号 细分后的一个方波信号是原正弦信号按相位等分的五分一，因此，分辨率提高了五倍。 细分后的方波信号仍是一对正交方波信号。 第四章第四章 位移的测量位移

13、的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u 四细分、判向逻辑关于正交方波信号的讨论：AB正交方波信号位移方向信息： 正向移动时，A超前B； 反向移动时，B超前A。2xW位移大小信息： 相位 。11000110正交方波信号的状态变化规律：10110001正向移动时反向移动时结论：正交方波信号的状态变化规律为：正向时00、10、11、01而反向时相反一个方波状态改变四次第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u 四细分、判向逻辑AB正交方波信号11000110l四细分： 一个方波内状态改变四次，记录下状态改变的次数，则一个方波又按相位被细分为四等分。l判

14、向： 根据当前时刻和前一时刻的状态，可以判断出位移的方向。(54)Wxn 因此，在整个位移过程中，我们只要记录下信号状态的变化次数，并在正向时做加计数，反向时做减计数。可得(54)W脉冲当量W 栅距；x位移长度；n总计数值；第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的测量电路光栅传感器的测量电路u 结果显示、打印位移长度：Wxn总细分数9 8 9 8 .1 2 3 4mm显示打印其它处理例：一光栅数显系统，选用 的光栅传感器，电子处理系统的电阻链细分数为25，后接 4 细分判向电路。问该系统的光栅栅距是多少？脉冲当量和最小分辨率分别是多少？当光栅移动了 个栅距时，显示数应该是多少？100线

15、m m34118光栅栅距10.01100Wmmmm10.0001100254mmmm脉冲当量、最小分辨率均为显示数为31181000.00011.18754mmmm第四章第四章 位移的测量位移的测量 光栅传感器的应用光栅传感器的应用 思考与讨论：问题：怎样制作一个简易的长度、角度、速度测量系统？aubuaubuaubu3、两光电管之间的距离是多少？怎么调节？2、长度的最小分辨率怎么考虑？1、角度的最小最少分辨率约是多少？3609(10 4)?W 1()4nW4、怎样得到速度？第四章第四章 位移的测量位移的测量 思考思考1、什么叫正交信号？有什么特点？2、光栅产生的莫尔条纹有那些特点？3、光栅测

16、量位移（大小、方向）的原理。4、拟对一位移量进行测量，试给出测量方案，并说明其道理。第四章第四章 位移的测量位移的测量4.3 4.3 光电盘和编码盘光电盘和编码盘制造精度较低，制造精度较低，只能测增量值，只能测增量值，易受环境干扰，易受环境干扰，多用于简易型多用于简易型和经济型数控和经济型数控设备。设备。光电盘的工作原理一、光电盘一、光电盘第四章第四章 位移的测量位移的测量二、编码盘二、编码盘(1)(1)光电式编码盘工作原理光电式编码盘工作原理 广泛应用的编码广泛应用的编码式数字传感器；式数字传感器；把被测转角直接把被测转角直接转换成相应代码。转换成相应代码。 四位二进制码盘四位二进制码盘第四

17、章第四章 位移的测量位移的测量(2) (2) 提高分辨率的措施提高分辨率的措施 循环码盘循环码盘任意相邻的两个代码任意相邻的两个代码间只有一位代码有变间只有一位代码有变化。化。换成循环码换成循环码R R的法则是的法则是右移一位后舍去末位，右移一位后舍去末位，做不进位加法：做不进位加法： 111iiiCCRCR循环码盘第四章第四章 位移的测量位移的测量 带判位装置的循环码盘带判位装置的循环码盘最低位即最外侧码最低位即最外侧码道之外增加一圈信道之外增加一圈信号位，其位置与状号位，其位置与状态交线互相错开。态交线互相错开。信号位有信号才能信号位有信号才能读数读数，不会产生非，不会产生非单值性误差。单

18、值性误差。带判位装置的循环码盘第四章第四章 位移的测量位移的测量4.4 4.4 激光激光激光的特性：激光的特性： 高相干性高相干性 相干波是指两个相同振动方向、相同频率和相位相干波是指两个相同振动方向、相同频率和相位差固定的波。受激辐射光差固定的波。受激辐射光, , 相干。相干。 高方向性高方向性 发散角很小。可以向指定方向集中发射。发散角很小。可以向指定方向集中发射。 高单色性高单色性 谱线宽度很窄。氦氖激光器，波长谱线宽度很窄。氦氖激光器，波长=632.8nm=632.8nm，谱线宽度谱线宽度1010-8-8nmnm。 高亮度高亮度 光能在空间高度集中，有效功率和照度特别高。光能在空间高度

19、集中，有效功率和照度特别高。广泛应用于广泛应用于长距离，高精度长距离，高精度的位移测量。的位移测量。第四章第四章 位移的测量位移的测量定尺上绕组连续定尺上绕组连续滑尺分为正弦和滑尺分为正弦和余弦两相绕组余弦两相绕组4.5 感应同步器感应同步器一、结构一、结构：定尺（固定部件）和滑尺（运行部件）两部分，：定尺（固定部件）和滑尺（运行部件）两部分， 其上各有绕组。其上各有绕组。直线式感应同步器的结构直线式感应同步器的结构第四章第四章 位移的测量位移的测量 绕组是由辐射状的导片组成。转子上的绕组是单相连续绕组，绕组是由辐射状的导片组成。转子上的绕组是单相连续绕组，其径向导片数也称为极数。定子绕组是分

20、段绕组，分为正弦其径向导片数也称为极数。定子绕组是分段绕组，分为正弦和余弦两大组，交替排列，各自串联形成两相绕组。和余弦两大组，交替排列，各自串联形成两相绕组。 直径越大，精度越高。直径越大，精度越高。 旋转式感应同步器的结构旋转式感应同步器的结构定子转子二、分类二、分类：直线式和旋转式：直线式和旋转式第四章第四章 位移的测量位移的测量 极距极距是相邻金属片中心是相邻金属片中心 线间的距离。节距线间的距离。节距L L = 2 = 2， 也称检测周期。正弦绕组也称检测周期。正弦绕组s s 和余弦绕组和余弦绕组c c相距相距3 3L L / 4 / 4 。 定尺绕组通交流电激磁，定尺绕组通交流电激

21、磁， 产生一个多极的脉振磁场，产生一个多极的脉振磁场， 磁极之间的距离是磁极之间的距离是，磁场，磁场 分布周期是节距分布周期是节距L L 。脉振磁场。脉振磁场在滑尺绕组上产生感应电势，有在滑尺绕组上产生感应电势，有效值随滑尺位移作周期性变化，效值随滑尺位移作周期性变化，周期为节距周期为节距L L 。 三、直线式感应同步器的工作原理三、直线式感应同步器的工作原理 第四章第四章 位移的测量位移的测量 正弦绕组正弦绕组s s和余弦绕组和余弦绕组c c中的感应电势有效值中的感应电势有效值E Es s和和E Ec c分别分别是位移是位移x x的正弦函数和余弦函数，正、余弦函数的幅值的正弦函数和余弦函数，

22、正、余弦函数的幅值为为E Em m。因为L=2，所以有 xExLEEmmssin2sinxExLEEmmccos2cos感应同步器的电势有效值示意图感应同步器的电势有效值示意图第四章第四章 位移的测量位移的测量 感应电势的瞬时值感应电势的瞬时值 设激磁电压为设激磁电压为 tUtUumsinsin2则正弦绕组则正弦绕组s s和余弦绕组和余弦绕组c c中感应电势的瞬时值中感应电势的瞬时值 和和 为为 secetxLEemscos2sin2txLEemccos2cos2第四章第四章 位移的测量位移的测量 当转子单相绕组激磁时，形成的磁极个数与径向导片数当转子单相绕组激磁时，形成的磁极个数与径向导片数

23、N N 相等，而极对数相等，而极对数p p为为 Np21两相邻导片间的夹角称为极距两相邻导片间的夹角称为极距 ：N2)(rad 取正弦绕组输出电压有效值取正弦绕组输出电压有效值 为零时的转子位置作为为零时的转子位置作为电气零位，感应同步器转子从基准电气零位起始的角位移电气零位，感应同步器转子从基准电气零位起始的角位移称为转子转角，记为称为转子转角，记为 sE 若激磁电压仍为若激磁电压仍为 , ,则正、余弦绕组则正、余弦绕组s s和和c c中感应电势的瞬时值分别为中感应电势的瞬时值分别为tUusin2tLEtEemmscos2sin2cossin2tLEtEemmccos2cos2coscos2

24、三、旋转式感应同步器的工作原理三、旋转式感应同步器的工作原理 第四章第四章 位移的测量位移的测量四、关于感应电势的几个结论四、关于感应电势的几个结论 当单相连续绕组加激磁电压当单相连续绕组加激磁电压 时，无论是时，无论是直线式感应同步器，还是旋转式感应同步器，它们的正弦绕组直线式感应同步器，还是旋转式感应同步器，它们的正弦绕组s s和余弦绕组和余弦绕组c c中的感应电势都是正余弦交变电势，频率与激磁电中的感应电势都是正余弦交变电势，频率与激磁电压相同，相位与激磁电压相差压相同，相位与激磁电压相差900900，它们的有效值瞬时值可以统，它们的有效值瞬时值可以统一表示为一表示为 tUusin2ee

25、mskUEEsinsineemckUEEcoscostkUtEtEeeemsscossin2cossin2cos2tkUtEtEeeemcccoscos2coscos2cos2有效值有效值瞬时值瞬时值第四章第四章 位移的测量位移的测量 对于直线式感应同步器对于直线式感应同步器)(2radxxLe 对于旋转式感应同步器对于旋转式感应同步器)(22radLNpe 当正弦绕组当正弦绕组s s和余弦绕组和余弦绕组c c中分别换上有效值为中分别换上有效值为U U的正弦的正弦（或余弦）交流激磁电压时，它们在单相连续绕组中感应（或余弦）交流激磁电压时，它们在单相连续绕组中感应的电势的有效值分别（下标的电势的

26、有效值分别（下标2 2表示副端）表示副端） eskUEsin2eckUEcos2 无论是单相绕组激磁，感应电势都属于同频率的正弦电无论是单相绕组激磁，感应电势都属于同频率的正弦电势，感应电势与激磁电压的相位差是势，感应电势与激磁电压的相位差是 。一般取感应。一般取感应电势超前激磁电压。电势超前激磁电压。90第四章第四章 位移的测量位移的测量五、感应同步器的信号处理五、感应同步器的信号处理 需要解决的几个问题：需要解决的几个问题： 1 1）正余弦函数在一个周期的范围内，函数值和角度间）正余弦函数在一个周期的范围内，函数值和角度间并不是单值对应关系。对于感应同步器的输出电压和并不是单值对应关系。对

27、于感应同步器的输出电压和电角度电角度ee之间也同样如此。之间也同样如此。 2 2）当电角度超出一个周期的范围，即线位移和角位移）当电角度超出一个周期的范围，即线位移和角位移大于大于2 2个极距，这时必须记录、变化周期的个数才能确个极距，这时必须记录、变化周期的个数才能确定电角度。定电角度。 3)3)输出电压的误差大，但要求的测量精度很高。为了输出电压的误差大，但要求的测量精度很高。为了解决这些问题，就需要对感应同步器输出绕组的信号解决这些问题，就需要对感应同步器输出绕组的信号进行适当处理。进行适当处理。 第四章第四章 位移的测量位移的测量 感应同步器有感应同步器有鉴相型鉴相型和和鉴幅型鉴幅型信

28、号处理方式信号处理方式 1.1.鉴相型处理方式鉴相型处理方式 鉴相型处理方式又称鉴相工作状态，它是根据输出电鉴相型处理方式又称鉴相工作状态，它是根据输出电势的相位来鉴别电角度。它又分为单相激磁和两相激势的相位来鉴别电角度。它又分为单相激磁和两相激磁两种方式，但输出信号是相同的。磁两种方式，但输出信号是相同的。 两相激磁式两相激磁式 ：在感应同步器正弦绕组：在感应同步器正弦绕组s s、余弦绕组、余弦绕组c c上上施加幅值和频率相同、相位差为施加幅值和频率相同、相位差为900900的交流激磁电压的交流激磁电压usus和和ucuc。即。即 tUumssintUumccos第四章第四章 位移的测量位移

29、的测量 两个激磁绕组在单相绕组上感应的电势分别为两个激磁绕组在单相绕组上感应的电势分别为 tkUeemscossin2tkUeemcsincos2 应用迭加原理可知单相绕组总感应电势应用迭加原理可知单相绕组总感应电势 为为 2etkUtkUeeeememcssincoscossin222)sin(2emtkUe 此时输出电势的幅值是一个不变的常值，而输出电势此时输出电势的幅值是一个不变的常值，而输出电势的相位改变量等于电角度的相位改变量等于电角度ee。因此通过输出的电势信。因此通过输出的电势信号的相位改变量就可以知道电角度号的相位改变量就可以知道电角度ee，从而可以求出，从而可以求出对应的线位

30、移或角位移。对应的线位移或角位移。 第四章第四章 位移的测量位移的测量 单相激磁式 这时感应同步器的单相绕组加激磁电压这时感应同步器的单相绕组加激磁电压, ,将正弦绕组输出将正弦绕组输出电势移相后再与余弦绕组的相加作为输出电势。电势移相后再与余弦绕组的相加作为输出电势。 tkUeemssinsintkUeemcsincostkUtkUeememscossin)90sin(sin移相 后得 se90setkUtkUeeeememcsssincoscossin)sin(2emtkUe第四章第四章 位移的测量位移的测量2.2.鉴幅型处理方式鉴幅型处理方式 - -鉴幅工作状态，根据输出信号的幅值鉴别电

31、角度鉴幅工作状态，根据输出信号的幅值鉴别电角度ee。 单相激磁和两相激磁两种方式单相激磁和两相激磁两种方式 两相激磁式两相激磁式 两相激磁电压的幅值要按一定规律变化，两相激磁电压的幅值要按一定规律变化，具体加至正、余弦绕组的激磁电压为具体加至正、余弦绕组的激磁电压为 tUumssincos1tUumcsinsin1 激磁电压的幅值为某一角度激磁电压的幅值为某一角度11的余弦和正弦函数，其中的余弦和正弦函数，其中11称为指令位移角，是已知的。单相绕组的总感应电势为称为指令位移角，是已知的。单相绕组的总感应电势为 tkUtkUeeeememcscoscossincossincos11222tkUe

32、emcos)sin(12第四章第四章 位移的测量位移的测量 当鉴别出输出电势的幅值为零或使其为零时就当鉴别出输出电势的幅值为零或使其为零时就说明说明 , ,因此有因此有 (k(k为零为零或整数或整数) )。如能确保。如能确保k=0,k=0,则则 ，因，因11是是已知的，所以就可确定已知的，所以就可确定ee。这种求。这种求ee的方法的方法称为称为鉴幅型鉴幅型处理方法或处理方法或鉴零鉴零工作状态。工作状态。 0)sin(1eke11e第四章第四章 位移的测量位移的测量 单相激磁式单相激磁式 在单相绕组中加激磁电压在单相绕组中加激磁电压 在正弦绕组在正弦绕组s s和余弦绕组和余弦绕组c c中的感应电

33、势分别为中的感应电势分别为 tUumsintkUeemscossintkUeemccoscos然后将它们送入函数变压器或其它装置中进行变然后将它们送入函数变压器或其它装置中进行变换换 ，再送入加法器相加后作为输出信号。，再送入加法器相加后作为输出信号。 tkUeeeemcscos)sin(12感应同步器有几种信号处理方式？简要说明工作原理感应同步器有几种信号处理方式？简要说明工作原理练习题练习题第四章第四章 位移的测量位移的测量那么，若求出那么，若求出ee，就可求出线位移，就可求出线位移x x或角位移或角位移。)sin(2emtkUe1.1.鉴相型数字编码装置鉴相型数字编码装置感应同步器把位移

34、转换成模拟信号，而编码装置的任务就感应同步器把位移转换成模拟信号，而编码装置的任务就是对模拟信号进行数字编码，编码装置也叫数显表。是对模拟信号进行数字编码，编码装置也叫数显表。 测量原理：测量原理：鉴相工作状态时感应同步器输出的电压信号的表鉴相工作状态时感应同步器输出的电压信号的表达式为达式为六、感应同步器编码装置六、感应同步器编码装置 编码的原理：编码的原理：将被测正弦信号将被测正弦信号e2e2与同频率的基准正弦信号与同频率的基准正弦信号的相位进行比较，将二者的相位差的相位进行比较，将二者的相位差ee转换成一定频率的脉转换成一定频率的脉冲个数。冲个数。第四章第四章 位移的测量位移的测量tKU

35、umAsin)sin(emBtKUuSTBD计数器NSTASW脉冲源tnN原理方框图原理方框图uBuA1第四章第四章 位移的测量位移的测量鉴相型编码原理鉴相型编码原理 将被测信号将被测信号 与基准信号与基准信号 的相位的相位进行比较，求出相位差进行比较，求出相位差 并转换成脉冲个数。并转换成脉冲个数。 整形电路整形电路 ，双稳态触发器，上升沿，双稳态触发器，上升沿触发。触发。计数器只在计数器只在 ， 时间内计数。时间内计数。 )sin(2emtkUetkUemsin20e43ttt 21ttt 第四章第四章 位移的测量位移的测量相位数字转换原理图第四章第四章 位移的测量位移的测量 图中图中ST

36、STA A、STSTB B是整形电路，它把正弦波变成方波，是整形电路，它把正弦波变成方波，u uA A是是基准正弦信号，基准正弦信号，u uB B是被检测信号，如感应同步器输出是被检测信号，如感应同步器输出信号信号e e2 2。经整形后，。经整形后，u uA A变成变成u uA A，u uB B变成变成u uB B， SWSW是双是双稳态触发器，上升沿触发。稳态触发器，上升沿触发。u uA A接置接置0 0端，端，u uB B接置接置1 1端，端，D D是与门，脉冲源发出的脉冲信号始终加在是与门，脉冲源发出的脉冲信号始终加在D D的一个输的一个输入端。入端。D D的另一个输入端与的另一个输入端

37、与SWSW的的1 1端相联。端相联。SWSW输出为输出为1 1时，时，脉冲才能通过与门送到计数器，而脉冲才能通过与门送到计数器，而SWSW输出为输出为1 1的时间受的时间受相位角相位角e e的控制，见图的波形的控制，见图的波形 t t0 0：u uA A将将SWSW置置0 0，与门，与门D D关闭；关闭； t tt t1 1：u uB B将将SWSW置置1 1，与门，与门D D打开，脉冲进入计数器；打开，脉冲进入计数器； t tt t2 2：u uA A又又将将SWSW置置0 0，与门，与门D D关闭，脉冲停止进入计数关闭，脉冲停止进入计数器。器。 所以脉冲只在所以脉冲只在t t1 1t t2

38、 2， t t3 3t t4 4之间输出之间输出1 1，使与门打开。，使与门打开。计数器只在计数器只在t tt t2 2t t1 1，t t t t4 4t t3 3时间内计时间内计数，所计的脉冲个数代表了数，所计的脉冲个数代表了u uA A、u uB B的相位差的相位差e e。 第四章第四章 位移的测量位移的测量 由图知由图知t t1 1时刻的时刻的u uB B与与t t2 2时刻的时刻的u uA A相等，所以相等，所以 若若e e的绝对值小于的绝对值小于2 2，则，则 21sin)sin(tKUtKUmem21ttettte)(12故故设时钟脉冲周期为设时钟脉冲周期为t tn n，t t时

39、间内进入计数器的脉冲个时间内进入计数器的脉冲个数为数为N N，则，则nNtt neNt所以所以求出求出ee后就可求出对应的线位移或角位移。而且当后就可求出对应的线位移或角位移。而且当一定时，一个脉冲所代表的相位移取决于时钟脉冲周一定时，一个脉冲所代表的相位移取决于时钟脉冲周期。期。第四章第四章 位移的测量位移的测量三大部分三大部分1.1.位移变成电信号位移变成电信号 包括时钟包括时钟 脉冲、绝对相位基准、激磁、脉冲、绝对相位基准、激磁、 感应同步器和滤波整形电路。感应同步器和滤波整形电路。2.2.求电信号相位并转成数字求电信号相位并转成数字 包包括时钟脉冲、相对相位基准和括时钟脉冲、相对相位基准和鉴相器。鉴相器。3 .3 .计数及显示计数及显示 包括包括 计数脉冲计数脉冲门、显示计数器、加减计数逻门、显示计数器、加减计数逻辑、绝对零点、译码显示等。辑、绝对零点、译码显示等。 鉴相型数显表鉴相型数显表第四章第四章 位移的测量位移的测量鉴幅型数显表鉴幅型数显表 指令角指令角 是已知的，代表感应同是已知的，代表感应同步器的激磁电压幅值。步器的激磁电压幅值。转换计数器使数模转换器转换计数器使数模转换器 改变滑尺激磁电压的幅值改变滑尺激磁电压的幅值 即改变即改变