自动检测技术(化工版）教案：第十一章数字式位置传感器(中职教育)

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1、自动检测技术（化工版）教案：第十一章数字式位置传感器>教学要求1.了解直接测量、间接测量、增量式和绝对式测量的特点。2.了解绝对式码器的分类及其特点。3.掌握角编码器的应用。4.熟悉光栅的类型、结构和工作原理。5.熟悉辨向原理和细分技术。6.常握了解光栅传感器的应用。7.熟悉磁栅传感器的结构、工作原理。8.熟悉容栅传感器的结构、工作原理及其在数显尺中的应用。>教学手段多媒体课、实物演示>教学课时4学时>教学内容从结构、原理、应用等方而介绍几种常用的数字式位置传感器，如角编码器、光栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器等第一节位置测量的方式数字

2、式位置测量的特点：（1）将彼测的位置量直接转变为脉冲个数或编码，便于显示和处理；（2）测量精度取决于分辨力，和量程基本无关；（3）输出脉冲信号的抗干扰能力强。一、直接测量和间接测量位置传感器有玄线式和旋转式两人类（举例）。二、增量式和绝对式测量。（举例）増量式测量的特点是只能获得位移增量。増量式位置传感器必须有一个零位标志，作为测量起点的标志。绝对式测量的特点是，每一被测点都冇一个对应的编码，常以二进制数据形式来表示。第二节数字式角编码器什么叫角编码器：乂称码盘，是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测轴连接,随被测轴一起转动一、绝对

3、式编码器（多媒体演示）1•接触式编码器（注意分辨力与分辨率的区别，数值高低对测最的影响，并举例计算）若是八位二进制码盘，就有八圈码道，且圆周均分2”个数据來分别表示其不同位置，所能分辨的角度a为a=360°/2"（11-1）分辨率=1/2"（11-2）2.绝对式光电编码器绝対式光电编码器与接触式编码器结构相似,只是其中的黑口区域不表示导电区和绝缘区，而是表示透光或不透光区。（拆开看内部结构）二、增量式编码器光电编码器的测最精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，即分辨角度为分辨率二丄（11-4）n例如，条纹数

4、为1024,则能分辨的最小角度a=360°/1024=0.352%（拆开看内部结构）（注意分辨力与分辨率的计算方法与绝対式有何不同，并举例计算）三、角编码器的应用（多媒体演示）1.数字测速（1）M法测速（2）T法测速2.在交流伺服电动机屮的应用3.工位编码第三节光栅传感器一、光栅的类型和结构光栅分类：物理光栅和计量光栅。计量光栅分类：透射式光栅和反射式光栅，结构：光源、光栅副、光敏元件三大部分纽•成。二、光栅的工作原理在透射式直线光栅屮，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠和在一起，屮间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角化莫尔条纹

5、冇如下特征：（用两块刻线玻璃演示）1）莫尔条纹是由光栅的大虽:刻线共同形成的，对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。2）当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图11-12屮，当指示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。3）莫尔条纹的I'可距是放大了的光栅栅距，它随着指示光栅为主光栅刻线夹角而改变。山于B很小，所以其关系可用下式表示L=W/sinO^WI0（11-7）4）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线

6、数相等。三、辨向及细分（讨论必要性）（一）辨向原理如果传感器只安装一•套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，是无法分辨移动方向的。为此，必须设置辨向电路。（二）细分技术细分电路能在不增加光栅刻线数（线数越多，成木越昂贵）的情况下提高光栅的分辨力。（三）零位光栅在增量式光栅中，为了寻找坐标原点、消除误差积累，在测量系统中需要有零位标记（位移的起始点），因此在光栅尺上除了主光栅刻线外，述必须刻有零位基准的零位光栅四、光栅传感器的应用由于光栅具冇测量精度高等一系列优点，若采用不锈钢反射式光栅

7、，测虽范围可达十儿米，而且不需接长，信号抗干扰能力强，因此在国内外受到重视和推广，但必须注意防尘、防震问题。1•光栅数显表2.光栅传感器在位置控制屮的应用3.轴环式数显表（拆开看内部结构）第四节磁栅传感器磁栅分类：长磁栅和圆磁栅两人类。用途：长磁栅主要用于肓接位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。一、磁栅结构及工作原理磁栅传感器结构：磁尺、磁头和倍号处理电路等。二、磁栅数显示表及其应用（多媒体演示）随着材料技术的进步，目前带状磁栅可做成开放式的，长度可达几I-米，并可卷曲。安装时可直接用特殊的材料粘贴在被测对象的基座上，读数头与控制器（如

8、可编程控制器PLC）相连并进行数据通信，可随意对行程进行显示和控制。第五节容栅传感器容栅传感器是一种新型大位移数字式传感器，它是一种基于变面积工作原理的电容传感器。（多媒体演示）一、结构及工作原理根据结构形