传感器与检测技术教学课件作者董春利第十一章节数字式传感器课件

《传感器与检测技术教学课件作者董春利第十一章节数字式传感器课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、传感器与检测技术董春利主编潘洪坤执笔大连职业技术学院电气电子工程系2008年3月全国高等职业教育规划教材省级精品课程配套教材第十一章数字式传感器11.1光栅传感器11.2磁栅传感器11.3数字编码器11.4感应同步器第一节光栅传感器一、光栅的基本概念计量光栅由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成，又称为光栅测量装置1．光栅的分类（1）长光栅和圆光栅（2）透射光栅和反射光栅（3）黑白光栅和闪耀光栅2．光栅传感器的组成（1）光源:通常采用钨丝灯泡和半导体发光器件（2）光栅副:光栅副由标尺光栅（主光栅）和指示光栅组成（3）光电元件:光电元件一般包括有光电池和光敏三

2、极管等种类二、莫尔条纹及其测量原理1．长光栅的莫尔条纹（1）莫尔条纹的产生（2）莫尔条纹的参数（3）莫尔条纹的作用在光栅的适当位置安装光敏元件，能让光敏元件“看清”随光栅刻线移动所带来的光强变化。2．莫尔条纹的测量原理（1）幅值光栅测量当指示光栅相对于光标尺移动时，莫尔条纹沿其垂直方向上、下移动。移过的莫尔条纹数等于移过的光栅的刻线数。沿着莫尔条纹的移动方向放置四枚光电池，其间距为莫尔条纹的1/4，这样就可产生相位差为90°的四个信号。（2）相位光栅测量2．莫尔条纹的测量原理3．莫尔条纹技术的特点（1）误差平均效应（2）移动放大作用（3）方向对应关系（4）倍

3、频提高精度（5）直接数字测量三、光栅测量系统光栅测量系统由机械部分的光栅光学系统和电子部分的细分、辩向、显示系统组成。（1）垂直透射式光路1-光源；2-准直透镜；3-主光栅；4-指示光栅；5-光电元件三、光栅测量系统（2）透射分光式光路1-光源；2-准直透镜；3-主光栅；4-指示光栅；5-透镜；6-光阑；7-光电元件（3）反射式光路1-反射主光栅；2-指示光栅；3-场镜；4-反射镜；5-聚光镜；6-光源；7-物镜；8-光电电池（4）镜象式光路1-光源；2-半透半反镜；3-聚光镜；4-主光栅；5-物镜；6-反射镜；7-光电元件2．电子电路系统电子系统是完成光电

4、接收系统接收来的电信号的处理的部分，是由细分电路、辩向电路和显示系统组成的。（1）细分原理与电路细分方法可分为两大类：机械细分和电子细分，我们这里只讨论电子细分的几种方法。（2）辨向原理与电路2．电子电路系统四、光栅测量系统的应用高精度：0.2-0.4μm/m，仅次于激光；高分辨率：0.1μm；大量程：可大于1米；抗干扰能力强，可实现动态测量。光栅测量可以广泛的用于长度与角度的精密测量（如数控机床，测量机等），以及能变为位移的物理量（如震动、应力、应变等）。第二节磁栅传感器一、磁栅及其分类1．磁栅的结构长磁栅常用的磁信号节距一般为0.05mm和0.02mm两

5、种，圆磁栅的角节距一般为几分至几十分。一、磁栅及其分类2．磁栅的类型磁栅可分为长磁栅和圆磁栅两大类。前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移。长磁栅又可分为尺型、带型和同轴型三种。一、磁栅及其分类3．对磁栅的要求对磁尺表面要求长磁栅平直度0.005～0.01mm/m，圆磁栅的不圆度0.005～0.01mm，表面粗糙度要小。所录磁信号要求幅度均匀，幅度变化小于10%，节距均匀，满足一定精度要求。二、磁头及其结构磁栅上的磁信号先由录磁头录好，然后由读磁头将磁信号读出。按读取信号的方式，读磁头可分为动态磁头与静态磁头两种二、磁头及其结构1．动态磁头（1）动态磁头结

6、构（2）动态磁头的信号读取2．静态磁头（1）静态磁头结构（2）静态磁头的信号读取二、磁头及其结构二、磁头及其结构（3）多间隙静态磁头结构三、信号处理方式与电路1．动态磁头动态磁头利用磁栅与磁头之间以一定的速度相对移动而读出磁栅上的信号，将此信号进行处理后使用。例如某些动态丝杠检查仪，就是利用动态磁头读取磁尺上的磁信号，作为长度基准，去同圆光栅盘（或磁盘）上读取的圆基准信号进行相位比较，以检测丝杠的情度。2．静态磁头磁栅位移传感器的结构示意图三、信号处理方式与电路（1）鉴幅方式经检波器去掉高频载波后可得：两组磁头相对于磁尺每移动一个节距发出一个正弦和余弦信号，

7、此两个电压相位差90°的信号送有关电路进行细分和辨向后输出计数。三、信号处理方式与电路（2）鉴相方式将第一个磁头的励磁电流移相45°或将其读出信号输出移相90°，则其输出变为：输出电压u的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的相对位置χ变化而变。即，相位与位移量x有关。三、信号处理方式与电路四、磁栅传感器的应用磁栅传感器特点：①录制方便，成本低廉。当发现所录磁栅不合适时可抹去重录，②使用方便，可在仪器或机床上安装后再录制磁栅，因而可避免安装误差；③可方便地录制任意节距的磁栅。例如检查蜗杆时希望基准量中含有π因子，可在节距中考虑。图中400kHz晶体振荡器是磁头励磁及

8、系统逻辑判别的信号源。鉴相型磁栅数显表的原理框图第三