传感器技术讲解课件二

第3章数字式传感器

数字式传感器能把被测的模拟量直接转换成数字量。与模拟传感器相比的特点是:抗干扰能力强,稳定性强;易于微机接口,便于信号处理和实现自动化测量。

本章讲述常用的数字式传感器光栅传感器磁栅传感器旋转式光电编码器直线感应同步器旋转变压器3.1光栅传感器一.光栅及其测量系统1.光栅的结构类型1）长光栅尺2）圆光栅刻划在玻璃盘上的光栅称为圆光栅也称光栅盘，用来测量角度或角位移。根据栅线刻划的方向，圆光栅分两种，一种是径向光栅，其栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心；另一种是切向光栅，其全部栅线与一个和光栅盘同心的直径只有零点儿或几个毫米的小圆相切若按光线的走向，圆光栅只有透射光栅。2.光栅测量系统（光栅读数头）二.光栅传感器的工作原理1.莫尔条纹的形成及其特征当指示光栅和标尺光栅的刻线相交一个微小的夹角时,光源照射光栅尺，由于挡光效应，两块光栅刻线的相交处形成亮带，而在刻线彼此错开处形成暗带。在与光栅线纹大致垂直的方向上,产生出亮暗相间的条纹,这些条纹称为“莫尔条纹”。莫尔条纹的特征1)放大作用放大倍数为1/θ,θ越小,B越大。例如θ=0.1°时θ=0.1°=0.1×2π/360=0.00175432radW=0.02mmBH=11.4592mm。2)对应关系

3）误差的平均效应光电元件对光栅的栅距误差具有消差作用。莫尔条纹由光栅的大量刻线形成,对线纹的刻划误差有平均抵消作用,几条刻线的栅距误差或断裂对莫尔条纹的位置和形状影响甚微。能在很大程度上消除短周期误差的影响。

例W=0.02mm,接收元件尺寸10×10mm2,在10mm范围内有500条刻线参与工作，某几条刻线误差对莫尔条纹位置和形状基本无影响。2.辨向原理及辨向电路1）为什么要辨向

当可动光栅（主光栅）无论向前或向后移动时，在一固定点安装的光电元件只能接收到莫尔条纹明暗交替的变化，后面的数字电路都将发生同样的计数脉冲，从而无法辨别光栅移动的方向，也不能正确测量出有往复移动时位移的大小。因而必须在测量电路中加入辨向电路。2）辨向原理与辨向电路辨向电路设计数器记得脉冲数为N，位移

x=NW

光栅测量位移属于增量式测量。三.细分技术目的：提高分辨力（测量比栅距更小的位移量）。细分思想：在一个栅距即一个莫尔条纹信号变化周期内,发出n脉冲,每个脉冲代表原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高了n倍,因此也称之为n倍频。细分类型：电子细分又分为四倍频直接细分和电位器桥细分。1.四倍频细分在相差B/4位置上安放两个光电元件，得到两个相差π/2电压信号（S和C），将这两个信号整形、反相得到四个依次相差π/2的电压信号。0°（S），90°（C）180°（S）270°（C）。在光栅作相对运动时，经过微分电路，在正向运动时，得到四个微分脉冲（加计数脉冲）；反向运动时，得到四个微分脉冲（减计数脉冲）。2.电位器桥（电阻链）细分实现方法及原理四细分后得到的四个相位差为90度的交流信号Umsinθ,Umcosθ和-Umsinθ,-Umcosθ。以这四个交流信号为原函数（两原函数间各接几个电位器，构成电位器桥，把θ=0-360度,（x=0-W）分成四个象限。每一个象限，由于电压的合成与电位器的移相作用，电阻链上各电位器中间抽头得到幅值各不相同的一系列移相信号（新函数）。四.光栅数锦显装置主要芯充片简介1.光栅信厘号处理眨芯片(H抽KF世71谷05华02巴)主要仓功能斧：信恰号的富同步定、整饿形、志四细亿分、辨辨向亦、加待减控仗制、廊参考查零位横信号今的处约理、饰记忆合功能财的实泛线和输分辨惠率的处选择害等。2.逻辑控概制芯片甩（HKE捎701县314）主要舟功能岸：为摄整机告提供晨高频场和低贯频脉煤冲；堤完成BC猫D译码；XJ校验及扮超速报县警。3.可逆阀计数哗与零近位记糠忆芯膝片（HK充E7斥01横20粪1)主要功皇能：接橡收从光针栅信号缎处理芯卷片传来拾的计数残脉冲，捷完成可掉逆计数甲；接收棒参考零声位脉冲愚，使计蚕数器确溉定参考污零位的分数值，枯同时也特完成清分零、置箭数、记跃忆等功皮能。五.光栅传起感器的劝应用3.2旋转式团光电编沿码器一.增量邻式旋转光贪电编码绝器1.工作铺原理2.增量投式光径电盘4.旋转方时向的判傍别二.绝对式愁光电编蓬码器1.测量原刘理2.绝对式领光电码控盘3.循环拴码盘1）编蠢码规皂则将二更进制槐码右影移性一位休并舍薪去最骨末位凝与原捡二进关制做男不进厦位加有法。2）特启点相邻搬两个却数码炸之间疏只有畅一位丝式变化市。4.提高分盯辨率的谈方法－傲插值法三.光电艰编码盾器的坛应用1.在数控幸机床中巡寿的应用2.角度及苏转速的来测量脉冲频书率法脉冲臣周期笨法3.3直线东式感找应同址步器一.直线弟式感述应同狐步器们的结稍构二.工作丧原理三.数显际装置1.鉴幅式2.主要筋性能返指标1）精苍度在整难个测筑量范途围内误作静运态测崖量时殃的显请示值电与被获测实摊际值轿的最谁大可商能偏谜离量陶，用向正负赖偏差蛇表示2）分骡辨力系统库能反穷映的瓣最小味位移兴变化属量。遭在数慨字系绳统中良分辨梨力与蚊脉冲摩当量逝或最便低为蒜显示骆数字纯一致奶。所遵谓脉少冲当厌量q是指怖一个旷脉冲价所对峰应的睛机械涉位移牢变化跨量。共对于剧线位宏移测唱量，可可用喜下式撕计算拔：式中：W－节距n－系统很的细分眉数3）跟蒸踪速坦度当机械躁运动大卡于系统吐所允许您的跟踪沙速度时弄，增量艰脉冲跟抓不上机塞械位移军增量，观就会发润生丢失痒节距而顿不能正护常工作男的情况厕。系统迟的允许贪跟踪速寇度ui为式中月：fi-增量脉冷冲频率q-脉冲送当量四.安装使伙用注意遍事项安装结削构图如宿下所示骗。完整纠的感应芝同步器则有定尺已组件、嚷滑尺组脑件和防渐护罩三般部分。感应砍同步嚼器的室安装岸要求蒙如下宝：五.感应同府步器的况应用1.机床闭稻环控制2.定位螺控制3.随动控崇制3.击4旋转变章压器一.旋转功变压局器的迷结构二.旋转裕变压畅器的概工作客原理1.两级绕犬组式的辣工作原伞理2.四级绕锡组式的扮工作方惠式1）鉴相分工作方州式定子绕必组分别证通以同曲幅值、做同频率受、相位控相差90度的渴交流互电压涂。根据叠菌加原理躲，转子张绕组中遥的感应纪电压为惑这两个滋电压的嫂代数和觉，即2）鉴幅鱼式工作谷方式当两病个定慌子绕属组分凝别通秒以同杆频率烛、同励相位寨，单辰幅值命不同红的交捉流电置压其幅途值分剧别为α－定忠子绕侍组的肠电气纵角，