传感器与检测技术 教学课件 作者 林锦实 第5章　数字式传感器.ppt

《传感器与检测技术 教学课件 作者 林锦实 第5章　数字式传感器.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章　数字式传感器1)具有较高的测量准确度和分辨率，测量范围大。2)抗干扰能力强，稳定性好。3)信号易于处理、传送和自动控制。4)便于动态及多路测量，读数直观。5)安装方便，维护简单，工作稳定可靠。5.1　光电编码器5.2　光栅式传感器5.3　磁栅式传感器5.4　容栅式传感器5.5　感应同步器5.1　光电编码器5.1.1　光电编码器的结构及类型根据检测原理，编码器可分为接触式、光电式、电磁式和电容式等。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。1.增量式光电编码器　增量式编码器主要

2、由发光管(带聚光镜)、光栅板、光栅盘、光敏元件及信号处理电路板组成，如图5-1所示。如图5⁃2所示，当光栅盘随工作轴一起转动时，每转过一个刻线（狭缝）就发生一次光线的明暗变化，经过光敏元件变成一次电信号的强弱变化，对它进行放大、整形处理后得到脉冲信号输出，脉冲数就等于转过的刻线数。将该脉冲信号送到计数器中计数，则计数值就反映了圆盘转过的角度。5.1　光电编码器图5-1　增量式光电编码器的基本结构1—转轴　2—发光管　3—光栅板　4—零标志刻线　5—光敏管　6—光栅盘　7—印制电路板8—电源及信号插座5.1　

3、光电编码器图5-2　增量式光电编码器的检测原理示意图1—转轴　2—发光管　3—光栅板　4—零标志刻线5—光源　6—透镜　7—光栅盘　8—光敏管5.1　光电编码器2.绝对式光电编码器　绝对编码器是直接输出数字量的传感器，它是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。5.1　光电编码器图5-3　绝对式编码器示意图1—光源　2—透镜　3—光敏元件组　4—码盘5.1　光电编码器图5-4　四位二进制编码盘a)自然二进制码　b)格莱码5.1　光电编码器1)可以直接读出角度坐标的绝对值。2)没有累积误差。3

4、)电源切除后位置信息不会丢失。3.混合式编码器　混合式编码器的输出有两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全与增量式编码器的输出信息相同。5.1.2　光电编码器的鉴向倍频5.1　光电编码器顾名思义，鉴向倍频有两大功能，一是鉴别方向，即根据增量式光电编码器输出的两路脉冲信号A和B的相位关系确定出轴的旋转方向；二是将A和B两路信号进行脉冲倍频，例如，将一个周期内的一个脉冲信号变为四个脉冲，这四个脉冲两两相距1/4周期。因一个周期内的一个脉冲表示轴的旋转角度，这一个周期内的四个脉冲中的每

5、一个则表示轴旋转角度的1/4，这样就提高了光电编码器的分辨率。图5-5　光电编码器鉴向计数电路5.1　光电编码器5.1.3　光电编码器在机床进给速度控制中的应用光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小、准确度高、工作可靠、接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。图5-6　机床纵向进给速度控制示意图1—光电编码器　2—丝杠进给电动机　3—纵向进给丝杠5.1　光电编

6、码器1.光电编码器的安装　由于编码器属于精密仪器，对使用环境及安装的机械和电气要求比较高。机械方面：编码器轴与用户端输出轴之间需要采用弹性软连接，以避免因用户轴的转动或跳动造成编码器轴系和码盘的损坏。安装时注意允许的轴负载，以及编码器轴与用户输出轴的同轴度必须控制在允许范围之内，并且严禁敲击和摔打碰撞。长期使用时，定期检查固定编码器的螺钉是否松动。2.高速旋转测速　高速旋转测速一般采用在给定的时间间隔T内对编码器的输出脉冲进行计数，这种方法测量的是平均速度，又称为M法测速。5.1　光电编码器图5-7　高速旋

7、转测速(M法测速)a)原理框图　b)输出脉冲3.低转速测速　低转速测速一般采用脉冲周期作为计数器的门控信号，时钟脉冲作为计数脉冲，时钟脉冲周期远小于输出脉冲周期。5.1　光电编码器图5-8　低转速测速(T法测速)a)原理框图　b)输出脉冲5.2　光栅式传感器5.2.1　光栅的结构和类型光栅是由很多等栅距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相间排列构成的光电器件。按照工作原理，光栅可分为物理光栅和计量光栅。物理光栅基于光栅的衍射现象，常用于光谱分析和光波长等的测量；计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象进行测量的器件，常用

8、于位移的精密测量。图5-9　透射光栅的结构5.2　光栅式传感器5.2.2　光栅的工作原理图5-10　光栅读数头示意图1—光源　2—准直镜　3—标尺光栅　4—指示光栅5—光敏元件　6—驱动线路5.2　光栅式传感器1.莫尔条纹　将主光栅与指示光栅重叠放置，两者之间保持很小的间隙，并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角θ，如图5-11所示。图5-11　莫尔条纹5.2　光栅式传感器1)当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹