传感器与检测技术的理论基础 11

主要内容:光栅传感器编码器感应同步器概述数字式传感器能够将非电量转换为数字量，这样就不需要A/D转换，直接用数字显示。与模拟传感器相比有以下优点：测量精度和分辨率高，稳定性好，抗干扰能力强，便于与微机接口，适宜远距离传输

光栅传感器主要用于长度和角度的精密测量以及数控系统的位置检测等，在坐标仪和数控机床的伺服系统中有着广泛的应用。长光栅用于长度或直线位移的测量，刻线相互平行；圆光栅用来测量角度或角位移，在圆盘玻璃上刻线；11.1光栅式传感器

1.计量光栅的种类

光栅按照工作原理和用途，可分为物理光栅和计量光栅。物理光栅利用光栅的衍射现象，主要用于光谱分析和光波波长的检验。计量光栅利用光栅的莫尔条纹现象，主要用于线位移和角位移的检测。光栅放大图

结构：明暗相间、等间距分布的细小条纹a+b=w称为光栅的栅距，也称光栅常数。11.1光栅式传感器

1.计量光栅的种类11.1光栅式传感器2.莫尔条纹

莫尔条纹的形成是由两块光栅的遮光和透光效应形成的。11.1光栅式传感器2.莫尔条纹

如果两个光栅栅距相等，W=0.02mm，其夹角θ=0.1°，莫尔条纹的宽度B=11.43㎜，那么莫尔条纹的放大倍数K=？

莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点：位移放大作用

运动对应关系误差平均效应11.1光栅式传感器

3.光栅传感器（原理）

光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅读数头、光栅数显表两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入量（位移量）转换成响应的电信号；光栅数显表实现细分、辩相和显示功能。11.1光栅式传感器3.光栅传感器光栅读数头光栅传感器构成原理

可分为整形放大电路、细分电路、辩相电路及数字显示电路。相距B/4放置2个光电元件(见p199)

11.1光栅式传感器3.光栅传感器光栅数显表分辨率的大小？如何提高分辨率11.1光栅式传感器

3.光栅传感器光栅数显表辨向电路原理框图辨向电路各点波形

四倍频细分电路原理框图11.1光栅式传感器3.光栅传感器

细分与末分比较11.2编码器

将机械转动的模拟量（位移）转换以数字代码形式表示的电信号，具有高精度、高分辨率和高可靠性被广泛用于各种位移的测量。编码器可分为脉冲盘式（增量编码器）和码盘式（绝对编码器）编码器脉冲盘式（增量编码器）码盘式（绝对编码器）接触式编码器电磁式编码器光电式编码器11.2编码器（光电式）

分辨率的大小？有时会产生粗大误差，为什么？

采用二进制编码，任何微小的制作误差，都可能造成读数的粗大误差。为了消除误差可以采用循环码来代替二进制码。十进制数二进制码循环码十进制数二进制码循环码000000000810001100100010001910011101200100011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000

11.2编码器（光电式）它有以下特点:①n位循环码码盘,具有2n种不同编码,最小角度分辨力为θ1=360°/2n.②循环码码盘转到相邻区域时,编码中只有一位发生变化.因此不会产生粗误差,即可以把误差控制在±1个字之内;③循环码为无权码,没有累积误差如果想将精度作的很高，需要采用双盘编码器11.2编码器（光电式）11.3感应同步器

感应同步器是利用两个平面型印刷电路绕组的互感随相对位置不同而变化的原理，将直线位移或角位移转换成电信号。这类绕组类似变压器的原边绕组和副边绕组，所以又称为平面变压器。

感应同步器可分为直线型和旋转型，分别用于直线位移和角位移的测量。

V2

定尺

滑尺

正弦绕组

Vs

Vc

余弦绕组

11.3.1感应同步器（长感应同步器）11.3.1感应同步器（圆感应同步器）11.3.2信号的处理方式信号的处理方式可分为鉴相和鉴频(鉴相方式)

划尺的正余弦在空间位置上错开1/4标尺的节距，激励时加上等幅等频，相位差为900的交流电压，即分别以sinwt和coswt来激励，根据感应电势的相位来鉴别位移量，故叫做鉴相型。当正弦绕组单独激励时，激励电压，感应电势为当正弦绕组单独激励时，激励电压，感应电势为根据叠加原理可以得到总的感应其中

11.3.2信号的处理方式11.3.2信号的处理方式（鉴幅方式）当正弦绕组单独激励时，激励电压，感应电势为当正弦绕组单独激励时，激励电压，感应电势为根据叠加原理可以得到总的感应

滑尺定尺机床

Vs