数字量位移传感器与位移的测试课件.ppt

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1、5数字量位移传感器与位移的测试1.了解常用数字式位移传感器的性能、特点及适用范围2.掌握光栅数字传感器工作原理、测量电路3.了解数字式传感器的应用9/16/20215数字量位移传感器与位移的测试光栅传感器感应同步器数字量位移传感器就是输出为数字或脉冲信号的位移传感器9/16/2021数字位移传感器与位移的测试传感器的特点：具有高的测量精度和分辨力，读数直观精确。测量行程范围大，直线位移可达数米至几十米。易于实现高速动态测量、处理和自动化。采用高电平数字信号时，对外部干扰（噪音）的抑制能力强。安装方便，使用维护简单，工作可靠性强。9/16/202

2、1光电盘和光栏板可用玻璃研磨抛光制成，经真空镀铬后用照相腐蚀法在镀铬层上制成透光的狭缝，狭缝的数量可为几百条或几千条。也可用精制的金属圆盘在其圆周上开出一定数量的等分槽缝，使圆盘形成相等数量的透明和不透明区域。光栏板上有两条透光的狭缝，缝距等于光电盘槽距或孔距的1/4，每条缝后面放一只光电管。5.1光电盘式角位移传感器5.1.2光电盘9/16/20219/16/2021光电管把通过光电盘和光栏板射来的忽明忽暗的光信号转换为电脉冲信号，经整形、放大、分频、计数和译码后输出或显示。由于光电盘每转发生的脉冲数不变，故由脉冲数即可测出被测轴的转角或转速

3、。也可根据传动装置的速比换算出直线运动机构的直线位移。根据光栏板上两条狭缝中信号的先后顺序，可以判别光电盘的旋转方向。由于光电盘制造精度较低，只能测增量值，易受环境干扰，所以多用在简易型和经济型数控机床上。9/16/20215.1.2光电编码器编码器可把角位移直接转换成脉冲或二进制编码的检测器件（增量编码器、绝对编码器）。按编码器的结构分为光电式、接触式和电磁式三种。光电式编码器是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码“0或1”——不透光或透光区域。9/16/20211、绝对编码器四位光电码盘上，有四圈数字码道，在圆周

4、范围内编码数为24=16个。每个数位都对应有一个光电器件及放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数字信号。标准二进制编码器(8421码盘)9/16/2021由于光电器件安装误差的影响，当码盘回转在两码段边缘交替位置时，就会产生读数误差。例如，当码盘由位置“0111”变为“1000”时——四位数要同时变化，可能将数码误读成1111、1011、1101、……、0001等，产生无法估计的数值误差，这种误差称为非单值性误差。标准二进制编码器实际应用少，而采用二进制循环码盘（格雷码盘）。9/16/

5、2021任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，即由“0”变为“1”或“1”变为“0”。因此，读数误差最多不超过“1”，只可能读成相邻两个数中的一个数——有效消除非单值性误差。9/16/2021码盘最外圈上的信号位的位置正好与状态交线错开，只有信号位处的光电元件有信号才能读数，这样就不会产生非单值性误差。9/16/20215.2光栅数字传感器1、光栅的类型光栅是在基体（玻璃或金属）上刻有均匀分布条纹的光学元件。用于位移测量的光栅称为计量光栅。计量光栅分为透射式及反射式两种。前者使光线通过光栅后产生明暗条纹，后者反射光线并使之产生明暗条纹。测量直

6、线位移的光栅为直光栅（长光栅），测量角位移的光栅为圆光栅。5.2.1光栅传感器的构成及原理9/16/20219/16/2021在直光栅中，若a为刻线宽度，b为缝隙宽度，则W＝a+b称为光栅的栅距(也称光栅常数)。通常a＝b，或a：b＝1.1：0.9。2.栅距9/16/20213.莫尔条纹的形成及特点当两块光栅互相靠近且沿刻线方向保持有一个夹角时，由于挡光效应(当线纹密度≤50条/mm时)或光的衍射作用(当线纹密度≥100条/mm时)，在与光栅线纹大致垂直的方向上(两线纹夹角的等分线上)产生出亮、暗相间的条纹——称为“莫尔条纹”。9/16/202

7、1W/2BHθ/2θ9/16/2021莫尔条纹的重要特征:1)莫尔条纹的运动与光栅的运动一一对应光栅栅距W——莫尔条纹间距B。2）莫尔条纹具有位移放大作用K=1/θ3)莫尔条纹具有误差平均效应（消除短周期误差）4）莫尔条纹的间距B随光栅刻线夹角θ变化9/16/20214、光栅数字传感器的结构光栅数字传感器主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。必要时，标尺光栅还可接长。对于线位移测量，两块光栅长短不等，指示固定，标尺光栅随着被测物体移动，即可实现位移测量。而测量角位移时，一块圆光栅固定，另一块随转动部

8、件转动。9/16/2021光栅传感器结构为：光源→标尺光栅→指示光栅→光电元件9/16/20215.2.2光栅位移数字转换的基本原理1.光栅传感器输出