第十一章电感传感器

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1、上海电机学院电气学院第十一章电感传感器课题：数字式传感器的原理及应用课时安排：3课次编号：16教材分析难点：二线制编码与角度的关系重点：角度分辨力与分辨率教学目的和要求（机械制造、机电一体化、数控专业的重点章节）1．了解直接测量和间接测量的区别；2．了解绝对式和增量式角编码器的原理；3．掌握角编码器的分辨力、分辨率计算；4、了解光栅的原理和细分计算；5．了解磁栅的原理和计算；6．了解容栅的原理和计算；采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析教具：角编码器、光栅、磁栅、容栅各教学环节和内容演示：做以下的实验：将一只角编码器拆开，观察内部的光栅和sin、cos读数头。上电后，观察正转和

2、反转时，数码管读数的增加和减少以及读数的正负值。从而引入角编码器的原理、结构，转角、转速测量，直线位移的测量等。第二节角编码器角编码器（码盘）：是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。它能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。角编码器分类：绝对式编码器和增量式角编码器。一、绝对式角编码器绝对式角编码器的基础原理——接触式编码器结构图11-2接触式码盘a）电刷在码盘上的位置b）4位8421二进制码盘c）4位格雷码码盘1－码盘2－转轴3－导电体4－绝缘体5－电刷6－激励公用轨道（接电源正极）10上海电机学院电气学院分辨的角度α（即分辨力）为α=360°

3、/2n（11-1）分辨率=1/2n（11-2）提问：码道越多，位数n越大，所能分辨的角度α就越？？若要提高分辨力，就必须增加码道数，即二进制位数。例：某12码道的绝对式角编码器，其每圈的位置数为212=4096，能分辨的角度为α=360°/212=5.27¢；若为13码道，则能分辨的角度为α=360°/213=2.64¢。2．绝对式光电编码器的特点没有接触磨损，允许转速高。码盘材料：不锈钢薄板、玻璃码盘。二、增量式编码器增量式光电码盘结构示意图如图11-4所示。光电码盘与转轴连在一起。码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向心的透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等

4、分，数量从几百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上就被等分成n个透光的槽。增量式光电码盘也可用不锈钢薄板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽。图11-4增量式光电码盘结构示意图a）外形b）内部结构1—转轴2－发光二极管3－光栏板4－零标志位光槽5－光敏元件6－码盘7－电源及信号线连接座光电码盘的光源最常用的是自身有聚光效果的发光二极管。当光电码盘随工作轴一起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭缝，形成忽明忽暗的光信号。光敏元件把此光信号转换成电脉冲信号，通过信号处理电路后，向数控系统输出脉冲信号，也可由数码管直接显示位移量。光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，能分

5、辨的角度α为α=360°/n（11-3）分辨率=1/n（11-4）例：10上海电机学院电气学院码盘边缘的透光槽数为1024个，则能分辨的最小角度α=360°/1024=0.352°。为了判断码盘旋转的方向，必须在光栏板上设置两个狭缝，其距离是码盘上的两个狭缝距离的（m+1/4）倍，m为正整数，并设置了两组对应的光敏元件，如图11-4中的A、B光敏元件，有时也称为cos、sin元件。光电编码器的输出波形如图11-5所示。有关A、B信号如何用于辨向、细分的原理将在本章第三节中论述。为了得到码盘转动的绝对位置，还须设置一个基准点，如图11-4中的“零位标志槽”。码盘每转一圈，零位标志槽对应的

6、光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，见图11-5中的C0脉冲。图11-5光电编码器的输出波形A超前于B，判断为正向旋转，A滞后于B，判断为反向旋转三、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，还有数字测速：由于增量式角编码器的输出信号是脉冲形式，因此，可以通过测量脉冲频率或周期的方法来测量转速。角编码器可代替测速发电机的模拟测速，而成为数字测速装置。图11-6M法和T法测速原理10上海电机学院电气学院a）M法测速b）T法测速在一定的时间间隔ts内（又称闸门时间，如10s、1s、0.1s等），用角编码器所产生的脉冲数来确定速度的方法称为M法测速。若角编码器每转产

7、生N个脉冲，在闸门时间间隔ts内得到m１个脉冲，则角编码器所产生的脉冲频率f为（11-5）则转速n（单位为r/min）为例11-2某角编码器的指标为2048个脉冲/r（即N＝2048P/r），在0.2s时间内测得8K脉冲（1K=1024），即ts=0.2s，m１=8K=8192个脉冲，f＝4096/0.2s＝20480Hz，求转速n。解角编码器轴的转速为适合于M法测速的场合：要求转速较快，否则计数值经较少，测量准确度经较低。例如，角编码器的输出