位移、角度、速度检测传感器

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1、第5章位移、角度、速度检测传感器5.1光栅位移检测传感器5.1.2光栅位移传感器的组成1.光栅abw图5-3黑白型光栅5.1.2光栅位移传感器的组成2.光栅光学系统5.1.3光栅位移传感器的工作原理θBwBw/2θ/25.1.3光栅位移传感器的工作原理B两光栅刻线交角θ越大，莫尔条纹间距B越小θX=iwx-光栅移动的位移；i-光电脉冲的个数5.1.3光栅位移传感器的工作原理利用莫尔条纹实现位移测量的特点：1）莫尔条纹间距对光栅栅距的放大作用；2）莫尔条纹对光栅栅距局部误差的消差作用。莫尔条纹变化：莫尔条纹从

2、亮条纹到暗条纹变化是逐渐过度的，光敏元件接收的光强度呈周期性变化即由暗弱半亮亮半亮弱暗；或由亮半亮弱半亮亮。变化规律如图所示：其输出波形近似于正弦波形，可表示如下：U=U0+Umsin(2πx/w)U0—输出信号的直流分量；Um—交流信号的幅值。5.1.3光栅位移传感器的工作原理标尺光栅位移方向的辨别：在指示光栅上安装两个光敏元件Ta、Tb，它们相距B/4，这样它们的输出ua、ub相位相差90°。通过辨别莫尔条纹是上移还是下移来判断标尺光栅是左移还是右移。辩向光敏元件位置图5.1.3光栅位移传感器的工作原理

3、标尺光栅位移方向的辨别：B5.1.3光栅位移传感器的工作原理辩向电路如图所示：辩向电路莫尔条纹下移时Ta先感知莫尔条纹，ub落后ua90°莫尔条纹上移时Tb先感知莫尔条纹，ua落后ub90°波形图5.1.4光栅细分技术莫尔条纹光学细分法β=ws/wrβ—放大因子ws—稀光栅栅距wr—密光栅栅距β=1β=2β=45.1.4光栅细分技术莫尔条纹电子细分法单排分区双排分区5.1.5光栅位移传感器与单片机的接口HCTL-20XX系列芯片芯片引脚5.1.5光栅位移传感器与单片机的接口单片机与HCTL-2016芯片的接

4、口电路5.2光电编码盘角度检测传感器5.2.1绝对式光电编码盘绝对式光电编码盘的结构与工作原理4位二进制编码盘光电检测原理图1）结构2）工作原理5.2光电编码盘角度检测传感器提高分辨率的措施1）增加码盘的位数编码盘分辨率α=360°/2nn—二进制数码的位数编码盘的位数越多，码道数越多，扇区数越多，能分辨的角度越小，分辨率越高。2）采用多级编码盘系统的分辨率α=1/2m×360°/2nm—低位码盘的位数n—高位码盘的位数5.2光电编码盘角度检测传感器减小误码率的方法1）采用循环码法5.2光电编码盘角度检测传

5、感器2）采用扫描法扫描法编码盘展开示意图5.2光电编码盘角度检测传感器5.2.2增量式光电编码盘增量式光电编码盘的结构与工作原理（a）编码盘（b）A、B码道上的缝隙（c）A、B信号相序5.2光电编码盘角度检测传感器编码盘方向的辨别（a）辩向电路（b）输出波形5.2光电编码盘角度检测传感器5.2.3光电编码盘与单片机的接口绝对式光电编码盘与单片机的接口1）采用循环码的编码盘a）软件法将循环码转换成二进制码通用公式：n-循环码的最高下标b）硬件法将循环码转换成二进制码4位循环码转换电路5.2光电编码盘角度检测传

6、感器c）与单片机的接口电路5.2光电编码盘角度检测传感器2）采用扫描法的绝对式编码盘与单片机接口电路5.3直流测速发电机5.3.1直流测速发电机的工作原理工作原理直流测速发电机原理图（动画）5.3.1直流测速发电机的工作原理感应电动势5.3.2影响直流测速发电机输出特性的因素及对策输出特性感应电动势E与转速n的关系：E=CΦnC—与发电机结构有关的常数；Φ—磁通直流测速发电机负载回路理想输出特性5.3.2影响直流测速发电机输出特性的因素及对策影响因素及对策温度的影响测速发电机周围温度的变化及它本身的发热都会

7、引起电机励磁绕阻的变化。温度升高时，绕阻电阻增大，励磁电流减小，磁通也随之减小，输出的电压就降低；反之，输出的电压就上升。对策：1）磁路设计得比较饱和；2）在励磁电路中串联一个阻值比励磁绕阻大几倍的附加电阻来稳流；3）用永磁材料励磁。电枢反应的影响电枢反应：由于电枢磁场的存在，气隙中的磁场发生畸变，这种现象称为电枢反应。5.3.2影响直流测速发电机输出特性的因素及对策（a）定子励磁绕阻产生的主磁场（b）电枢绕阻产生的电枢磁场（c）主磁场与电枢磁场合成的磁场5.3.2影响直流测速发电机输出特性的因素及对策电枢

8、磁场对主磁场有去磁作用。负载电阻越小，或者转速越高，电枢中的电流就越大，电枢反应去磁作用越强，磁通被削弱越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大。受电枢影响的输出特性对策：给出最大线性工作转速和最小负载电阻值5.3.2影响直流测速发电机输出特性的因素及对策延迟换向去磁（a）换向开始（b）换向过渡（c）换向结束5.3.2影响直流测速发电机输出特性的因素及对策延迟换向：由于电感作用，线圈中仍有电动势存在，使电流过零时