数字式位置传感器

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1、本章学习几种常用数字式位置传感器的结构、原理，如角编码器、光栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器等，并讨论他们在直线位移和角位移中测量、控制的应用。第十一章数字式位置传感器9/18/20211第一节位置测量的方式一、直接测量和间接测量位置传感器有直线式和旋转式两大类。若位置传感器所测量的对象就是被测量本身，即用直线式传感器测直线位移，用旋转式传感器测角位移，则该测量方式为直接测量。例如直接用于直线位移测量的直线光栅和长磁栅等；直接用于角度测量的角编码器、圆光栅、圆磁栅等。若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间值，再由它推算出与之关联的移动部件的直线位移，则该测量方式为间接测量。9/1

2、8/202121.直接测量直接测量的误差较小。图为利用光栅传感器测量数控机床工作台位移量的现场照片。工作台光栅工作台运动方向9/18/202132.间接测量在间接测量中，多使用旋转式位置传感器。测量到的回转运动参数仅仅是中间值，但可由这中间值再推算出与之关联的移动部件的直线位移间接测量须使用丝杠-螺母、齿轮-齿条等传动机构。工作台丝杠编码器进给电机θx9/18/20214传动机构滚珠丝杠螺母副、齿轮-齿条副等传动机构能够将旋转运动转换成直线运动。但应设法消除传导过程产生的间隙误差。齿距齿条齿轮θx9/18/20215滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副能够将减小传动磨檫力，延长使用寿命，减

3、小间隙误差。螺母丝杠xθ9/18/20216传动分析设：螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求：丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫米？螺母的平均速度v又为多少？螺母丝杠螺距x=？N=10圈9/18/20217二、增量式和绝对式测量在增量式测量中，移动部件每移动一个基本长度单位，位置传感器便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。这样，一个脉冲所代表的基本长度单位就是分辨力，对脉冲计数，便可得到位移量。绝对式测量的特点是：每一被测点都有一个对应的编码，常以二进制数据形式来表示。绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型的绝对式位置传感器有绝

4、对式角编码器。增量式测量得到的脉冲波形9/18/20218作业p201:3、59/18/20219休息一下9/18/202110第二节数字式角编码器信号航空插头（参考德国沃申道夫公司资料）9/18/202111其他角编码器外形9/18/202112其他角编码器外形（续）拉线式角编码器利用线轮，能将直线运动转换成旋转运动。9/18/202113其他角编码器外形（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）9/18/202114一、绝对式编码器绝对式码盘与增量式码盘有何区别？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

5、接触式、光电式等形式。透光区不透光区零位标志9/18/202115绝对式接触式编码器演示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°/2n9/18/2021162．绝对式光电编码器a）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9/18/202117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=1/2n9/18/202118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

6、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：9/18/202119二、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ABC9/18/202120光电编码器的输出波形为了判断码盘旋转的方向，在上图的光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的两个狭缝距离的（m+1/4）倍，m为正整数，并设置了两组光敏元件A、B，有时又称为sin、cos元件。9/18/202121辨向信号和零标志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

7、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。9/18/202122三、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，可用于数字测速、工位编码、伺服电机控制等。9/18/202123M法测速（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=60