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第12章 数字式传感器 本章知识点（技能点）： 1．数字式传感器的概念和特点 2．编码器、计量光栅、感应同步器和频率输出式数字传感器的基本工作原理 3．编码器、计量光栅、感应同步器和频率输出式数字传感器的应用 先导案例： 下图为伦敦的温布利体育馆，它是为大英帝国展览会而建造的皇家体育馆，拥有90000?个座位，可开启的顶蓬，从远处就能看到的133?米高的细致优雅的拱门，这些使它成为继巴塞罗那体育馆后欧洲第二大体育馆，也是世界上最大的拥有可开启式顶蓬的体育馆，同时也是2012?年夏季奥运会的举办地。 12.1 编码器 12.1.1 码盘式编码器 1）接触式编码器 2）光电式编码器 光电码盘式编码器由光学玻璃制成,其上有代表一定编码(多采用循环码)的透明和不透明区,分别代表“1”和“0”，相当于接触式码盘的导电区和不导电区。码盘上码道的条数就是数码的位数,对应每一码道有一个光敏元件。当来自光源(多采用发光二极管)的光束,经透镜射到码盘上时,光束就会通过码盘进行角度编码,再经狭缝射入光敏元件(多为硅光电池或光敏晶体管),光敏元件则给出与角位移相对应的编码信号。 12.1.2 脉冲盘式编码器 12.2 光栅传感器 1. 莫尔条纹的形成原理和特点 2.光栅传感器测量位移的原理 12.3感应同步器 感应同步器是利用电磁感应原理来测量直线位移和角位移的一种精密传感器。感应同步器按其用途可分为直线感应同步器和圆感应同步器,前者用于测量直线位移,后者用于测量角位移。 12.3.1 直线感应同步器的结构 直线式感应同步器定尺和滑尺的绕组结构 12.3.2 感应同步器的工作原理 12.3.3 感应同步器的测量电路 1）鉴相型 给滑尺的正弦和余弦绕组通以等频、等幅,相位相差90o的交流激磁电压，则可以根据感应电动势的相位来鉴别位移量，称为鉴相型。设sin绕组激磁电压，cos绕组激磁电压，定尺节距为?，机械位移引起的电角度变化为，则总感应电动势为： 2）鉴幅型 给滑尺上正弦和余弦绕组通以等频、等相,但幅值不等的交流激磁电压，则可以根据感应电动势的幅值来鉴别位移量，称为鉴幅型。正弦和余弦同时激磁时的总感应电动势为： 12.4 频率式数字传感器 12.4.1 振弦式频率传感器 1)振弦式频率传感器的结构原理 2)振弦式频率传感器的激励方式 3)振弦式传感器的应用 两根长度相同的振弦3、4 安装在原形压力膜片的上下两侧， 紧固在支座2上，并施加预应力。 如果两根弦受到激励而振动，信 号会经放大、振荡电路11后进入 混频器12，所得差频信号经滤波 和整形电路13输出，此信号的频 率随着外力的增大而升高。 12.4.2 振荡器式频率传感器 主通道为同相比例运算电路, 其闭环放大倍数为： 只要满足振荡条件，电路 就会产生正弦振荡信号输出， 其频率为： 12.4.3 频率式传感器的基本测量电路 常用的频率测量方法有两种：直读法和比较法。直读法是将传感器输出的电动势放大、整形后送入计数器显示其频率值，或者用数字频率计直接测量；比较法则将传感器输出电动势的频率与标准振荡器的频率相比较，当两者频率相等时，标准振荡器所指示的频率值就为被测频率值。常用的比较方法有用示波器显示的李沙育图形法、用单机指示的谐振法及用检零指示器测量的差频法等。 先导案例解决： 温布利体育馆顶蓬的七大结构，每个部分都是由多个带齿轮结构的行星齿轮马达驱动的。马达的自动控制电路使用了堡盟(Baumer?Hübner?)生产的旋转编码器。它把一个绝对编码器（13?比特单圈/16?比特多圈）和两个独立运作、纯机械化的离心开关组合在同一个轴上。这个无需维修的传感器组合不仅监控整个顶蓬的正确定位，而且还监控固定在顶蓬七大结构上的每个定位马达的顺利运行。额外安装的速度监控确保了顶蓬移动速度在任何时候都不会超过可允许的最大范围。Baumer?Hübner?的编码器在盖尔森基兴、多塞多夫和阿姆斯特丹的体育馆以及一些坚固性和可靠性要求极高的大型室外应用中都有运用。 * * 码盘与被测的旋转轴相连,沿码盘的径向安装几个电刷,每个电刷与码盘上的对应码道直接接触，涂黑部分为导电区，所有导电部分连接在一起，接高电位，代表“1”，空白部分表示绝缘区，为低电位,代表“0”。每圈码道上都有一个电刷,电刷经电阻接地。当码盘与轴一起转动时,电刷上将出现相应的电位,对应一定的数码 *