数字式传感器设计..doc

摘 要 　 目 录 一、设计要求 1 二、设计方案及其特点 1 1、方案说明 1 2、方案论证 2 三、传感器工作原理 2 四、 电路的工作原理 2 五、单元电路设计 3 1、光电转换 3 2、 辨向电路 4 六、数字式传感器的参数选择 5 1、总体描述 5 2、元器件选择 6 七、元器件清单 7 八、总结 7 数字式传感器应用电路设计 一、设计要求 目前，用设计，传感器的输出一致性误差可以达到0.02%以内甚至更高，传感器的特性参数可完全相同，因而具有良好的互换性。 良好的电磁兼容性能传感器采用标准的数字通讯接口，可直接连入计算机，也可与标准工业控制总线连接，方便灵活取代，直接把非电量转换成数字量它具有检测精度和分辨率高、抗干扰能力强、稳定性好、易与微机接口，便于信号处理和实现自动化测量等特点。 设计方案：电路设计。将 图1 方案一原理框图 方案二： 本方案将光源通过凸透镜转换为平行光。然后通关输入量改变光源输入，之后将得到的光信号通光光栅转换为微弱的数字光信号，最后通过光学的放大器放大光信号成为可用的数字量输出。 图2 方案二原理框图 2、方案论证 通过方案比较，方案的光栅数字传感器，通常由光源(聚光镜)、计量光栅、光电器件及测量电路等部分组成，计量光栅由标尺光栅（主光栅）和指示光栅组成，因此计量光栅又称光栅副，它决定了整个系统的测量精度。一般主光栅和指示光栅的刻线密度相同，但主光栅要比指示光栅长得多。测量时主光栅与被测对象连在一起，并随其运指示光栅固定不动，因此主光栅的有效长度决定了传感器的测量范围。 电路的工作原理 　　 将主光栅与标尺光栅重叠放置，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，当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。 莫尔条纹的间距与栅距W和两光栅刻线的夹角θ（单位为rad）之间的关为 五、单元电路设计 1、光电转换 　 　主光栅和指示光栅的相对位移产生了莫尔条纹，为了测量莫尔条纹的位移，必须通过光电器件（如硅光电池等）将光信号转换成电信号。 在光栅的适当位置放置光电器件，当两光栅作相对移动时，光电器件上的光强随莫尔条纹移动，光强变化为正弦曲线，光电器件的输出电压可用公式表示为 式中——输出信号中的直流分量；——输出信号中的交流分量幅值；——两光栅的相对位移。 通过整形电路，将正弦信号转变成方波脉冲信号，则每经过一个周期输出一个方波脉冲，这样脉冲总数N就与光栅移动的栅距数相对应，因此光栅的位移为 　 辨向电路：无论测量直线位移还是测量角位移，都必须能够根据传感器的输出信号判别移动的方向，即判断是正向移动还是反向移动，是顺时针旋转还是逆时针旋转但是，仅有一个光电元件的输出无法判别光栅的移动方向，因为在一点观察时，不论主光栅向哪个方向运动，莫尔条纹均作明暗交替变化。为了辨别方向，通常采用在相隔1/4莫尔条纹间距的位置上安放两个光电元件，获得相位差为90o的两个信号，然后送到辨向电路进行处理。假设当主光栅向左移动时，莫尔条纹向上移动，两个光电元件分别输出电压信号U1和U2，经过放大、整形，得到两个相位差为的方波信号和。经反相后得到，、经过微分电路后得到两组电脉冲、，分别输入到与门、。对于与门Y1，由于处于高电平时，总是为低电平，故脉冲被阻塞，Y1输出为零；对于与门Y2，处于高电平时，也为高电平，故允许脉冲通过，并触发加减控制触发器使之置1，可逆计数器对与门Y`输出的脉冲进行加法计数。同理，当标尺光栅向右移动时，输出信号波形所示，与门Y2被阻塞，Y1输出脉冲信号使触发器置0，可逆计数器对与门Y2输出的脉冲进行减法计数。主光栅每移动一个栅距，辨向电路只输出一个脉冲。计数器所计的脉冲个数即代表光栅的位移。 原理、操作简单方便，动态特性好，适合于非接触式动态测量，易于实现自动控制，广泛用于数控机床和精密测量设备中。 技术特点：额定电压AC220V额定功率1800WAD704系列 ●低偏置电流 低功耗 低失调电压 精密四运算放大器 光栅数字传感器具有测量精度高，分辨率高，测量范围大，动态特性好，适合于非接触式动态测量，易于实现自动控制，广泛用于数控机床和精密测量设备中。但是光栅在工业现场使用时，对工作环境要求较高，不能承受大的冲击和振动，要求密封，以防止尘埃、油污和铁屑等的污染，成本较高。 贾伯年主编. 传感