检测技术-数字式传感器ppt课件.ppt

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1、第12章数字式传感器12.1光栅位移传感器12.2光电编码器一光栅位移传感器大量程高精度位移测量场合用哪种传感器？扫描头光栅尺光栅：一种把位移转换为数字量输出的位移传感器光栅的工作原理20um实用光栅每毫米刻线一般有25、50、100、125、250条等莫尔条纹通过莫尔条纹的移动可以测量位移的大小和方向莫尔条纹的作用(1)位移放大作用：光栅移动栅距W时，莫尔条纹也移动一个条纹宽度B。（2）辨向：莫尔条纹上下移动方向代表指示光栅的移动方向。光栅分类透射式光栅反射式光栅光栅的内部结构结构布局特点：G1,G2相差1/2W。G3,G4

2、相差1/2W。则G1,G3处于亮条纹时，G2,G4正好处于暗条纹。而G1,G2与G3,G4差1/4W。G1,G2G3,G4G5光栅输出信号（电压正弦波）余弦信号正弦信号零位信号光栅的输出信号（TTL）余弦信号（整形后）正弦信号(整形后)零位信号一般将光敏元件输出的正弦电压信号整形为相差90度的方波信号。光栅传感器的应用光栅位移数显表光栅在机床上的安装安装有直线光栅的数控机床防护罩内为直线光栅光栅扫描头被加工工件切削刀具轴角编码器安装在夹具的端部小结：1.光栅是一种高精度量程大的数字式位移传感器。2.光栅的工作原理：莫尔条纹思考题

3、：光栅的信号调理：如何鉴别位移的方向和测量位移的大小，处理电路如何实现？光栅细分举例有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细分数为4细分，则：分辨力=W/4=（1mm/50）/4=0.005mm=5m采用细分技术，在不增加光栅刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。辨向电路及波形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，无法分辨位移的方向。例：某1024p/r圆光栅，正转10圈，反转4圈，若不采取辨向措施，则计数器将错误地得到14336个脉冲，而正确值为：(1

4、0－4)×1024＝6144个脉冲。4倍频辨向细分电路脉冲计数电路为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）2自由度光栅数显表X位移显示Z（Y）位移显示3自由度光栅数显表二、光电编码器将机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代码形式表示的电信号，这类传感器称为编码器。编码器以其高精度、高分辨率和高可靠性被广泛用于各种位移的测量。光电编码器外形一、绝对式编码器10码道光电绝对式码盘绝对式编码器按照角度直接进行编码，可直接把被测转角用数字代码表示出来。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等形式。透光区不透光区零位标志(1)绝对式编码器

5、四位二进制码与循环码对照表绝对式编码器演示4个电刷4位二进制码盘+5V输入公共码道最小分辨角度为α=360°/2na）光电码盘的平面结构（8码道）b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4码道）高位低位绝对式光电编码器的分辨力及分辨率绝对式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上的码道数n有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：α=360°/2n分辨率=1/2n增量式光电编码器的分辨力及分辨率增量式光电编码器的测量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，即最小能分辨的角度及分辨率为：二

6、、增量式编码器转轴盘码及狭缝光敏元件光栏板及辨向用的A、B狭缝LEDABC零位标志ABC增量式光电编码器输出信号光电编码器的光栏板上有A组与B组两组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辩向。当编码正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。(请画出反转时信号B的波形）在上一页图的码盘里圈，还有一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。轴角编码器的应用角编码器除了能直接测量角位移或间接测量直线位移外，

7、可用于数字测速、工位编码、伺服电机控制等。编码器在伺服电机中的应用利用编码器测量伺服电机的转速、转角，并通过伺服控制系统控制其各种运行参数。转速测量转子磁极位置测量角位移测量光电编码器测量－（1）M法测量（适合于高转速场合）T编码器每转产生N个脉冲，在T时间段内有m1个脉冲产生，则转速（r/min)为：n=60m1/（NT）m1例题T有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n=60×65536/（1024×5）r/min=768r/minm1光电编码器举例例：采用

8、四细分技术的增量式轴角编码器，参数为2048p/r,与螺距为2mm的丝杠相连接。实测轴角编码器在1s的时间内输出了411648个脉冲，请计算丝杠转过的圈数、与之配合的螺母移动的直线位移及螺母移动的平均速度。解：四细分后编码器的实际输出为2048×4＝8192p/