第十一章数字式传感器

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1、普通中等职业教育机电类规划教材自动检测与转换技术课程授课教案第十一章数字式传感器课题：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：二进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、

2、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。第一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从原理来分，有接触式、光电式、磁阻式等

3、不同形式。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）102普通中等职业教育机电类规划教材自动检测与转换技术课程授课教案分辨的角度α（即分辨力）为α=360°/2n分辨率=1/2n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，

4、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

5、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，能分辨的角度α为α=360°/n分辨率=1/

6、n102普通中等职业教育机电类规划教材自动检测与转换技术课程授课教案例：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°。三、角编码器的应用1．角编码器用于测量直线位移角编码器除了能直接测量角位移外，还能通过“丝杆－螺母副”等机械转换系统，将角位移θ转换为直线位移x，如图11-4所示。图11-4利用角编码器测量直线位移a）直接测量b）间接测量1－导轨2－运动部件3－角编码器4－螺母5－丝杠例题：设图11-4中，丝杠的螺距t=6.00mm（当丝杠转360°时，螺母移

7、动的直线距离为6.00mm），角编码器测得丝杠旋转角度为3600°，则螺母的直线位移x为多少？螺母的直线位移x=（3600°/360°）×6mm=60mm。2．工位编码工业中，经常将被加工工件固定在转盘上，进行顺序加工。若使绝对式角编码器与转盘同轴旋转，如图11-5所示，则转盘上每一个工位均有一个二进制编码相对应。图11-5转盘工位编码1－绝对式角编码器2－电动机3－转轴4－转盘5－工件6－刀具7－带轮102普通中等职业教育机电类规划教材自动检测与转换技术课程授课教案在图11-5中，工件0已完成钻孔加

8、工，要使工位1上的工件转到钻头下方，就必须控制电动机通过带轮使转盘顺时针旋转。当一个4码道角编码器的输出从0000变为0010时，表示转盘已将工位1转到加工点，电动机停转。一、光栅的基本原理1．什么是光栅光栅可分为物理光栅和计量光栅。物理光栅是利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定。而数字式位置传感器中使用的是计量光栅。2．计量光栅的组成计量光栅的结构如图11-6所示。它们均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。光敏元件可以是光敏二极管，也可以是