第八章 数字式位移传感器(光栅).ppt

第八章 数字式位移传感器 8.1 光栅传感器 8.1.2 莫尔条纹细分技术 另一种实现四细分的方法：在相距B / 4的位置上，放两个光电元件，获得相位相差 90°的正弦交流信号u1 和u2 对其进行反相，并让 u3=-u1 、u4=-u2 。于是获得了相位依次相差90°的4个正弦交流信号：u1、u2、u3 和 u4 。 第八章 数字式位移传感器 8.1 光栅传感器 8.1.2 莫尔条纹细分技术 图8-9（b）四倍频细分波形图 假设光栅正向移动时，或门Q1 输出4个计数脉冲，此时 Q2 无脉冲输出。 第八章 数字式位移传感器 8.1 光栅传感器 8.1.2 莫尔条纹细分技术 2．电阻电桥细分法 电阻电桥法也称矢量和法。如图，u1和u2 为光电元件的输出电信号，且 ， ， 则有 图8-10 电阻电桥细分原理 设 ，则上式可以表述为 8.1 光栅传感器 8.1.2 莫尔条纹细分技术 用该信号去触发施密特电路，当 时， ，施密特电路被触发（过零触发），发出脉冲信号。这里 角按细分数选择，即事先确定好 R1/R2 值。图8-11为电阻电桥10细分的示意图。 2．电阻电桥细分法 图8-11 电阻电桥10细分电路 第八章 数字式位移传感器 8.1 光栅传感器 8.1.2光栅传感器的应用 光栅传感器通常作为长度，尤其是微小距离，以及角度的测量工具，也用来测量速度、加速度、振动等物理量 图8-12 光栅多功能测长仪结构图 共22页 · 第*页 第八章 数字式位移传感器 8.2 旋转编码器 编码器（coder，encoder）是一种按照给定代码产生信息表达形式的器件。按照被测物的物理形式，编码器分为直线位移编码器（码尺）和角位移编码器（旋转编码器/码盘。旋转编码器的转轴通常与被测轴连接，并随其一起转动，通过发出相应的方波信号，反映电动机的旋转角度，进而确定当前位置或转速。 共22页 · 第*页 第八章 数字式位移传感器 8.2 旋转编码器 8.2.1 旋转编码器的种类 1）按照编码方式的不同，编码器可分为绝对编码器和增量编码器。 绝对编码器通过读取编码盘上的明暗图案，将位置信息转化为数字量，每个位置对应一个确定的数码，表明其绝对位置，其示值与测量的起止位置有关，而与测量的中间过程无关； 增量编码器又称脉冲盘式编码器，它将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。 如果中途停电，增量编码器无法获知移动部件的绝对位置 共22页 · 第*页 第八章 数字式位移传感器 8.2 旋转编码器 8.2.1 旋转编码器的种类 2）按照信号的读出方式不同，编码器可分为接触式和非接触式。 接触式编码器采用电刷，用它接触导电区或非导电区来表示代码的状态是“1”还是“0”； 非接触式用光敏元件或磁敏元件作接收元件，用其敏感区和非敏感区来表示代码的状态是“0”和“1 下面以非接触式光电式编码器为例，讨论相关问题。 共22页 · 第*页 第八章 数字式位移传感器 8.2 旋转编码器 8.2.2 光电式编码器的结构与工作原理 光电式编码器由光源、柱面镜、码盘和受光元件组成，其主要部件是码盘（如图）。 共22页 · 第*页 8.2 旋转编码器 8.2.2 光电式编码器的结构与工作原理 图 8-13 (a) 4位二进制编码盘结构图 在一块圆形玻璃盘上，用蚀刻工艺刻出透光和不透光的码道。不透光的区是黑色的，可以代表“0”，透光区代表 “1”。 码盘的码道数就是数码的位数，且高位在内，低位在外。码道 n 越多，数码位越多，测量精度也越高。n 条码道能分辨的最小角度和分辨率分别为： 和 共22页 · 第*页 第八章 数字式位移传感器 8.2 旋转编码器 8.2.3 码盘误差及其处理 对于二进制码盘，由于码盘制作和光电元件安装的误差非常容易导致读数失误，产生粗大误差。解决办法主要有：一是采用二进制循环码盘（或称格雷码盘），二是用双读数头方式。下面说说采用二进制循环码盘。 图 8-13 (a) 4位二进制编码盘结构图 共22页 · 第*页 8.2 旋转编码器 循环码编码有一个特点，当十进制数变化一时，对应的二进制循环码只有一位代码变化，此时即便它因故不变，也只能造成一个当量的误差，对整个数的影响有限。 8.2.3 码盘误差及其处理 表8-2 四位二进制码与循环码的关