现代检测技术导论-5数字检测装置.ppt

数字传感器 将被测量直接或间接地转换成数字量的传感器叫数字检测装置或数字传感器 体积小、重量轻、结构紧凑、抗干扰能力强、工作可靠、分辨率高 适用于要求高稳定性、高精确度的检测系统 5.1　角度数字编码器 角度数字编码器是测量角位移的最直接有效的方法 主要分为：码盘式（绝对编码器）和脉冲盘式（相对编码器）两大类 脉冲盘式编码器不能直接输出数字编码，需要增加有关数字电路才能得到数字编码 码盘式编码器能直接输出某种码制的数码 5.1.1　增量式角度数字编码器 增量式角度数字编码器结构最为简单，广泛应用于机器人、数控机床等系统中 结构：在一个码盘的边缘上开有相等角度的缝隙 (分为透明部分和不透明部分)，在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件 辨向电路：为了判断旋转方向，通常采用两套光电转换装置 令两套光电转换装置在空间产生的信号在相位上相差1/4周期 u1’、u2 ’是u1、u2的整形输出， u1”是u1’的反向输出， u1w’和u1w”是u1’ u1”的微分输出 当工作轴正转时，u1比u2超前1/4周期 u1w’为高时，u2 ’总为低，所以与门Y1输出为低 u1w”为高时，u2 ’总为高，因此与门Y2输出为高 Y2输出为高使触发器置1，可逆计数器做加法计数 当工作轴反转时，u1比u2超前3/4周期，即u2比u1超前1/4周期 u1w’为高时，u2 ’总为高，所以与门Y1输出为高 u1w”为高时，u2 ’总为低，因此与门Y2输出为低 Y1输出为高，使触发器置0，可逆计数器做减法计数 从而实现辨向的目的 5.1.2　绝对式角度数字编码器 绝对式角度数字编码器是将被测角度转换成相应代码，代码是通过码盘上的图案来表示数值的 可分为：接触式、光电式和电磁式 接触式角度数字编码器(四位二进制) 实际应用中对二进制码盘的制作和电刷的安装要求十分严格，任何微小的制作和安装误差，都可能带来粗大误差 这是因为当二进制编码的相邻数字之间变换时往往会有多个二进制位同时发生变化 如当电刷从0111向1000过渡时，制作和安装误差会在过渡期间出现任何可能的数 光电式角度数字编码器 结构： 由安装在旋转轴上的码盘、窄缝以及安装在码盘两边的光源和光敏元件等组成 码盘由玻璃制成，刻有很多同心圆码道 码盘上有代表数码的按一定规律排列的透光和不透光部分（亮区和暗区），相当于接触式角度数字编码器上的导电区和绝缘区 原理： 光源通过大孔径透镜形成均匀狭长的光束照到码盘上 位于狭缝后的一排光电元件输出与码盘所处角度位置对应的编码信息 5.2　光栅传感器 光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一种计量光栅 优点：精度高、量程大、分辨率高、抗干扰能力强，可实现动态测量 主要用于长度和角度的精密测量，在数控机床的伺服系统中有着广泛的应用 5.2.1　光栅的结构和类型 光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行、等宽、等间距的刻线 刻线有透明和不透明的或反光和不反光的 光栅参数： 栅距(光栅常数)=栅线宽度a+缝隙宽度b 通常a＝b 栅距越小，精度越高 刻线密度通常有25、50、 100、250条/mm 栅距=1/刻线密度 光栅的种类 根据工作原理，光栅可分为物理光栅和计量光栅 物理光栅刻线细密，工作原理是基于光的衍射现象，用于光谱分析和光波长的测定 计量光栅刻线比物理光栅粗，主要利用光栅的莫尔条纹现象进行位移的精密测量 根据光线的走向，光栅可分为透射光栅和反射光栅 在透明的玻璃上均匀刻画间距、宽度相等的条纹形成的光栅叫做透射光栅 光源1发出的光线经透镜2形成平行光垂直投射到光栅付上，形成莫尔条纹，由光电元件5转换成电信号输出 在具有强反射能力的基体上（通常是不锈钢或玻璃镀金属膜）均匀的刻画间距、宽度相等的条纹形成的光栅叫做反射光栅 光源6发出的光经聚光镜5和场镜3形成平行光，以一定角度射向指示光栅2，经主光栅1反射形成莫尔条纹，再经反射镜4和物镜7在光敏元件上成像，形成电信号输出 5.2.2　光栅传感器的工作原理 光栅传感器测量位移的原理主要是利用光栅莫尔条纹现象，将被测几何量转换为莫尔条纹的变化，再将莫尔条纹的变化经过光电转换系统转换成电信号，从而实现对几何量的精密测量 莫尔条纹的形成原理 莫尔条纹的特性 运动对应关系 当夹角很小时，光栅付中任一光栅沿垂直于刻线方向移动时，莫尔条纹就会沿近似垂直于光栅移动的方向运动 光栅传感器的组成和工作原理 组成：主要由光源、透镜、节距相等的光栅付及光电元件组成 工作原理： 当主光栅相对于指示光栅移动时，透过光栅付的光产生明暗相间的变化，光电元件输出相应的电脉冲信号 每一个明－暗－明或暗－ 明－暗的变化，对应于光 栅移动了一个栅距 只要记录移动过的莫尔条 纹数，就可得到光栅的位 移量 5.2.3　辨向原理与细分