检测技术 教学课件 作者 卜云峰 主编 第十一章　数字式传感器.ppt

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1、第十一章　数字式传感器第十二章　新型传感器第十三章　传感器的标定与校准第十一章　数字式传感器第一节　光栅传感器第二节　旋转角编码器第三节　感应同步器第四节　磁　　栅第一节　光栅传感器一、光栅传感器的结构和分类二、莫尔条纹的形成和特点三、莫尔条纹测量位移的原理四、辨向原理五、细分技术一、光栅传感器的结构和分类(一)光栅传感器的结构(二)光栅传感器的分类(一)光栅传感器的结构(1)光源　可采用钨丝灯泡和发光二极管，后者与前者相比，具有体积小，转换效率高，响应速度快和使用寿命长的特点。(2)光栅副　由主

2、光栅和指示光栅组成。(3)光电元件　一般采用光电池和光敏三极管。(一)光栅传感器的结构图11-1　光栅的结构原理a)反射光栅　b)透射光栅1—光源　2—透镜　3—主光栅　4—指示光栅　5—光电元件　6—聚光镜(1)光源可采用钨丝灯泡和发光二极管，后者与前者相比，具有体积小，转换效率高，响应速度快和使用寿命长的特点。目前光栅传感器中一般用发光二极管作为光源。(2)光栅副由主光栅和指示光栅组成。指示光栅比主光栅要短得多。主光栅一般固定在被测体上，且随被测体移动，其长度取决于测量范围，而指示光栅固定，主

3、光栅与指示光栅的相对位移量是被测体的移动位移。(3)光电元件一般采用光电池和光敏三极管。选择光电元件时应考虑光电元件的光谱特性，使其与光源相匹配，以获得最佳转换效率。(二)光栅传感器的分类(1)按光栅的形状和用途分　分为长光栅和圆光栅，前者用于测量长度，后者用于测量角度；其中圆光栅又分为径向光栅和切向光栅。(2)按光线的路径分　分为透射光栅和反射光栅。(1)按光栅的形状和用途分分为长光栅和圆光栅，前者用于测量长度，后者用于测量角度；其中圆光栅又分为径向光栅和切向光栅。径向光栅是通过沿圆形基体的周边

4、在直径方向上刻划栅线而形成的，而切向光栅沿周边刻划的全部栅线都与光栅中央的一个半径为r的小圆相切。(2)按光线的路径分分为透射光栅和反射光栅。透射光栅是在透明玻璃上均匀地刻划间距、宽度相等的栅线形成的，反射光栅则是在具有强反射能力的基体(一般用不锈钢或镀金属膜的玻璃做基体)上，均匀地刻划间距、宽度相等的栅线而成的。二、莫尔条纹的形成和特点(一)长光栅的莫尔条纹(二)圆光栅的莫尔条纹(一)长光栅的莫尔条纹(1)误差平均效应　莫尔条纹是由大量的栅线共同形成的，因而对刻划误差具有平均抵消作用，从而在很大

5、程度上能消除这种由于刻线不均匀而产生的短周期误差。(2)放大作用　式(11-4)表明莫尔条纹的间距与光栅栅距之间成线性放大关系，放大倍数K=1/θ，如果θ很小，则可获得高放大倍数。(3)与位移的对应关系　在图11-2a中，如果其中一块光栅向右移动一个栅距W时，莫尔条纹上移一个条纹间距BH，则当该光栅向左移动一个W时，条纹就下移一个BH，这种对应关系是光栅测量位移的理论基础。(一)长光栅的莫尔条纹图11-2　莫尔条纹的形成原理a)莫尔条纹　b)栅线放大图(1)误差平均效应莫尔条纹是由大量的栅线共同形

6、成的，因而对刻划误差具有平均抵消作用，从而在很大程度上能消除这种由于刻线不均匀而产生的短周期误差。(2)放大作用图11-3　环形莫尔条纹的形成(3)与位移的对应关系在图11-2a中，如果其中一块光栅向右移动一个栅距W时，莫尔条纹上移一个条纹间距BH，则当该光栅向左移动一个W时，条纹就下移一个BH，这种对应关系是光栅测量位移的理论基础。(二)圆光栅的莫尔条纹1.环形莫尔条纹2.圆弧形莫尔条纹1.环形莫尔条纹图11-3　环形莫尔条纹的形成2.圆弧形莫尔条纹图11-4　圆弧形莫尔条纹的形成1—横向　2—

7、纵向　3—斜向三、莫尔条纹测量位移的原理图11-5　光强(成输出电压)与位移的关系四、辨向原理图11-6　辨向原理1、2—光电元件　3—指示光栅　4—莫尔条纹A()—光栅移动方向　B()—对应A()的莫尔条纹移动方向五、细分技术(一)直接细分(二)电阻桥细分(三)幅值分割细分(一)直接细分图11-7　四倍频细分和辨向电路a)电路原理图　b)波形图(二)电阻桥细分图11-8　电阻桥细分原理a)细分电桥　b)矢量图(二)电阻桥细分11Z9.tif(三)幅值分割细分图11-10　幅值分割法原理第二

8、节　旋转角编码器一、二进制码盘的结构及工作原理二、码盘误差的分析和处理一、二进制码盘的结构及工作原理图11-11　6位二进制码盘一、二进制码盘的结构及工作原理表11-1　六位二进制编码表二、码盘误差的分析和处理图11-12　4位二进制码盘展开图二、码盘误差的分析和处理表11-2　四位循环码与二进制、十进制数之间的关系二、码盘误差的分析和处理图11-13　6位循环码码盘第三节　感应同步器一、感应同步器种类及其结构二、感应同步器的工作原理三、输出信号处理一、感应同步器种类及其结构(一)