《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案第6章

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1、第6章数字式传感器6.1编码器6.1.1直接编码器——直接将角位移转换为2进制数码一、工作原理1、组成结构图6-1-12、工作原理：各光电元件根据受光照与否转换输出相应的电平信号分别代表二元码“1”和“0”。通过光电转换，码盘转角α转换成成一组相应的n位二元码。二、码制与码盘二进制码盘图6-1-2（a）循环码盘图6-1-2（b）输出数码C1C2…Cn(二进制码)R1R2…Rn（循环码）第1(最内圈)码道分21个黑白间隔,对应C1分21个黑白间隔,对应R1第2码道分22个黑白间隔，对应C2分21个黑白间隔，对应R2第i码道分2i个黑白间隔，对应Ci分2i-1个黑白间隔，对应Ri相邻码道分

2、界线第i道黑白分界线与i+1道黑白分界线对齐第i道黑白分界线与第i+1道黑白分界线错开180°/2i优缺点缺点：产生粗误差（图6-1-3）优点：不产生粗误差分辨率结论：直接编码器多采用循环码盘三、转换关系和转换电路1、转角与二进码转换2、二进码与循环码的转换C1C2C3C4……Cn　　　　　　　　R1R2R3R4……Rn　　　　　　C1C2C3……Cn-1　　　　　C1C2C3……Cn-1　　　　　　　　R1R2R3R4……RnC1C2C3C4……Cn　3、转换电路1）二进制码转换为循环码1°并行电路图6-1-4（a）2°串行电路图6-1-4（b）2）循环码转换为二进制码1°并行电路图6

3、-1-5（a）2°串行电路图6-1-5（b）触发器先清零，J=K=Ri，6.1.2增量编码器一、结构与工作原理1．组成结构图6-1-6①光源②码盘三个码道：1°零位码道A—1条透个狭缝2°增量码道B—m个透光不透光扇区3°辨向码道C—m个透光不透光扇区（B、C全错开半个扇区）③光电元件三个——与三个码道对应2．工作原理码盘每转一周：光电元件A产生一个脉冲光电元件B产生m个脉冲光电元件C产生m个脉冲相位差90°二、转向和转角的测量1．转向判别——电路图6-1-8，波形图6-1-9正转反转感光先后C先感光B先感光相位关系C超前B超前触发器Q=1Q=0计数器加计数减计数2．净转角测量①分辨率②净

4、转角与计数结果N的关系6.2光栅6.2.1光栅的结构和基本原理一、光栅传感器的结构图6-2-11、主光栅(又称标尺光栅)，均匀地刻划有透光和不透光的线条2、指示光栅，刻有与主光栅同样刻线密度的条纹3、光源和透镜4、光电元件二、莫尔条纹的形成与特点1、莫尔条纹的形成图6-2-2主光栅与指示光栅的栅线之间保持很小的夹角β，在近乎垂直栅线的方向上出现了明暗相间的条纹――莫尔条纹。莫尔条纹之间距远大于光栅栅距W2、莫尔条纹的主要特性：(1)移动方向：主光栅右移，则莫尔条纹向下移；主光栅左移，则莫尔条纹向上移。(2)移动距离：主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距H。莫尔条纹具有放大作用，即

5、H＞＞W。(3)平均效应：莫尔条纹具有减小光栅栅距局部误差的作用三、光电转换电压与光栅位移的关系主光栅移动一个栅距W，光电转换电压变化一个周期6.2.2光栅辨向原理与细分技术一、辨向原理在条纹移动方向(y方向)上安放两个间距为(n+1)H/4(n为整数)的光电元件，两个光电元件的输出信号u1和u2的相位差正好等于π/2。再将这两个相位差90°的正弦信号送到图6-1-8所示辨向电路，就可测量出光栅的移动方向和移动的栅距数。二、细分技术――m细分即分辨率W/m在主光栅移动一个栅距过程中，产生m个彼此相位差360°/m的正弦交流信号m个ui波形依次产生m个过零脉冲，于是，与光栅位移x对应的过零脉

6、冲计数值即位移的数字测量结果为：1、直接细分直接细分又称位置细分，通常为四细分。是用四个依次相距H/4的光电元件，获得依次相差90°相角的四个正弦交流信号。主光栅每移动一个栅距，将产生四个过零计数脉冲，从而实现四细分。2、电位器桥(电阻链)细分1）电位器移相原理图6-2-4若，则2）48点电位器桥细分电路图6-2-5　将位置细分得到的四个相位差90°的输出信号Umcosθ、Umsinθ，-Umcosθ、-Umsinθ加到图6-2-5所示电位器桥细分电路，使图中第i个电位器电刷两边电阻比值为：　　　　　　　　　　　　　就可从这48个电位器的电刷端得到48个相位差360°/48的信号，这样

7、就达到了48细分的目的。6.3频率式传感器6.3.1振弦式传感器一、工作原理1、振弦式传感器组成振弦——导磁性好的金属细弦激振器（电磁铁）——激励振弦横向振动拾振器——振弦振动时产生感应电压2、感应电压频率=振弦横向振动频率f为振弦横向刚度系数3、应用：测力F，应力，位移等参数二、差动式振弦传感器图6-3-2单根振弦差动振弦ΔF产生的相对频率偏移非线性误差结论；采用差动式振弦传感器不仅灵敏度提高一倍，而且可减小温度误差和