《数字式传感器》PPT课件

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1、第10章数字式传感器10.1角度-数字编码器10.2光栅传感器10.1角度-数字编码器10.1.1角度-数字编码器的基本类型1．按工作原理分类角度-数字编码器按工作原理主要分为绝对式编码器（码盘式编码器）、增量式编码器（脉冲盘式编码器）两大类。角度-数字编码器是一种旋转式的数字传感器，它的转轴通常与被测物连接，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。所谓编码器就是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，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。2．按结构形式分类角度-数字编码器按其结构形式有接触式、光电式、电磁式等

2、。三种编码器相比较，光电式编码器的性价比最高，最大特点是非接触测量，允许高速转动。10.1角度-数字编码器10.1.2绝对式光电编码器1．结构与工作原理绝对式光电编码器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘（码盘）、狭缝、安装在圆盘两边的光源和光电元件以及测量电路等组成，基本结构如图10-1所示。光电式编码器的码盘是一块圆形的光学玻璃，采用照相腐蚀工艺，在码盘上刻有许多同心码道，每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分，即亮区和暗区。当光源将光投射在码盘上时，转动码盘，通过亮区的光线经狭缝后，由光电晶体管元件接收变成电流，经波形整形回路后变成数字信号，即光电元件的排列与码道一一对应

3、，对应于亮区和暗区的光电元件输出的信号，前者为“1”，后者为“0”。当码盘旋至不同位置时，光电元件输出信号的组合，反映出按一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移大小。10.1角度-数字编码器10.1.2绝对式光电编码器2．码盘编码器码盘按其所用码制可分为二进制码、十进制码、循环码（格雷码）等。10.1角度-数字编码器10.1.3增量式光电编码器1．结构与工作原理脉冲盘式编码器只能用于测量相对于上一次的角度增量，因此称为增量式编码器，增量式编码器通常由光源、光电码盘、光电元件以及计数和辨向系统组成。光电码盘的光源最常用的是自身有聚光效果的LED，光电码盘随转轴一起转动。当码盘转

4、过1/n圈时，光电元件即发出计数脉冲，计数器对脉冲的个数进行加减增量计数，从而判断出码盘旋转的相对角度，记录转动方向和位移。为了判断转向，才有了加减增量计数的设计，因此增量式编码器在工作时为了实现这项功能，实际上会有三个脉冲信号输出：零位脉冲、A相脉冲、B相脉冲，其工作形式如图10-4所示。10.1角度-数字编码器10.1.3增量式光电编码器2．码盘增量式编码器的码盘设立了三个码道，透过的光信号由三个光电元件接收，分别产生Z（零位脉冲）、A（增量脉冲）、B（辨向脉冲）三个矩形波列。零位脉冲，是码盘转动的绝对位置，常用于机械原点定位。信号A和信号B是相位相差90°两列矩形方波，即可

5、由A相超前于B相或B相超前于A相的情况，识别是顺时针旋转，还是逆时针旋转，从而决定计数器作加计数还是减计数。增量式编码器的输出波形如图10-5所示。10.1角度-数字编码器10.1.4角度-数字编码器的常用型号部分绝对式编码器的特性参数10.1角度-数字编码器10.1.4角度-数字编码器的常用型号部分增量式编码器的特性参数10.1角度-数字编码器10.1.5角度-数字编码器的应用1．数字测速由于光电式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。光电式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。数字测速的方法有M法测速和T法测速等，如图10

6、-6所示。10.1角度-数字编码器10.1.5角度-数字编码器的应用2．电梯测距电梯是智能楼宇的重要设备，安全性、舒适性、准确性是其重要的技术指标。现在楼层控制以及平层功能，多采用光电式编码器测距，来实现准确停车。当曳引电动机旋转时，编码器即输出脉冲，脉冲数正比于电梯的运行距离。例如，设定电梯在1楼时为零点，电梯运行到4楼，编码器会输出9800个脉冲，则在上行过程中，脉冲数为7000时实行减速，脉冲数为9800时发出停止命令，这样电梯就会准确停在4楼。10.1角度-数字编码器10.1.5角度-数字编码器的应用3．电动机速度闭环控制为了设备运行稳定，电动机的速度经常需要进行闭环控制

7、，编码器结合电子线路可以对电动机在正反转时的不同转速进行精确控制，其工作原理如图10-7所示。将增量式编码器输出的A、B信号引入信号处理回路，经辨向和累加后，变成位移和方向测量脉冲。经频率-电压变换器变成正比于频率的电压，作为速度反馈信号，供给速度控制电路，进行速度调节。10.2光栅传感器10.2.1光栅的结构与分类在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅，图10-8为透射光栅的示意图。图中a为栅线的宽度（不透光），b为栅线间宽（透光），