传感器7310数字式传感器-编码器.pptVIP

传感器技术及应用机械06机电方向 2008～2009第二学期 2009年4月 10.3 编 码 器 编码器：将机械位移模拟量转换成以数字代码形式表示的电信号，这类传感器称为编码器。 结构形式：直线式、旋转式 电气转换原理：接触（电刷）式、光电式、电磁式 输出量形式：脉冲输出、与位置对应的数字码 编码器特点：高精度、 高分辨率和高可靠性。 10.3.1 基本结构与原理 一、编码器的输出 增量编码器——脉冲输出， 被测量用累计脉冲数表示，需要基准数据才能完成角位移的测量。 绝对编码器——输出为与位置相对应的固定数字码 不需要基准数据和计数系统。真正意义上的直接数字式传感器 二、 增量编码器 码盘简单，一般只需三条码道 计数码道S1——刻线数决定编码器的分辨率 辨向码道S2——与S1刻线数相同，错开半个扇区 Z码道——提供基准位置 按距离编码的参考标记 为不等距参考标记。移过两个相临的参考标记后，后续电子设备就可以找到绝对位置。 作用：缩短找参考点的移动过程， 三、绝对编码器 1．结构与工作原理 码盘：制作有某种码制的图形。 工作原理：对应不同的转角位置，产生某种码制的数字编码输出。测量时，可根据码盘的起始和终止位置，确定角位移，而与转动的中间过程无关。 编码器码制： 二进制码、 十进制码、 循环码（格雷码）等。 3. 二进制码盘： 码道：数量等于二进制码的位数n 码盘的分辨率：α=360°/2n， 例如：4位二进制码盘， 其最小分辨的角度 α=360°/24 ≈22.5°。 零位对应于0000； 二进制码盘的误差 当某一较高的数码改变时，例：0111?1000，h ? i 所有低位数码均需同时改变。 当电刷进出导电区的先后不一致时，就会造成非单值粗误差，例：0111 ? 0101 ? 1000 消除非单值误差的办法—— 采用循环码(格雷码) 4、格雷码（循环码） （1）格雷码特点： 从任何数变到相邻数时，仅有一位数码发生变化。 （2）二进制码盘与格雷码（循环码）码盘比较 格雷码码盘 从任何数变到相邻数时，仅有一位数码发生变化。 （3） 格雷码码盘特点 n位格雷码码盘，与n位二进制码盘一样，有2n种不同编码，最小分辨率α=360°/2n。 如果任一码道刻划有误差，只要误差不太大，且只可能有一个码道出现读数误差，产生的误差最多等于最低位的一个比特。 所以只要适当限制各码道的制造误差和安装误差，都不会产生粗误差。 由于这一原因使得格雷码码盘获得了广泛的应用。 例：机械编码器 Φ21mm, ??? 无需A/D转换??? 垂直和水平安装??? 操作速度：最大50R/Min 10.3.2 旋转光电式编码器 光电式编码器使用光电元件，其测量精度和分辨率能达到很高水平。 光电式编码器构成 码盘：光学玻璃，透光/不透光（同心码道）→ 照相腐蚀 光源：LED → 光学系统 → 平行光 → 投影精确 光电元件：硅光电池，光电晶体管 插值法提高分辨率 增加码道数n，可提高测量精度和分辨率， 最外圈刻线数＝2n，受制造工艺限制， ?400mm 的20位码盘，最外圈码道节距仅为2?m， 采用光学分解技术(插值法)，提高分辨率。 例如，在14位的码道上增加1条专用附加码道， 14位内码道和一条专用附加码道的19位光电编码器 插值器产生16个正弦波信号，每两个正弦信号之间的相位差为π/8， 从而在14位编码器的最低有效数值间隔内插入了32个精确等分点，即相当于附加5位二进制数的输出， 数字式传感器产品 一、旋转编码器及连轴器 旋转编码器2 海德汉编码器 利用有规则的标尺载体作为测量基准，这些刻线是制作在玻璃或钢制材料的。 转数至10，000转/分，大多使用玻璃； 更高的转数至40，000转/分时，则使用钢毂。对于大直径的编码器，用钢带作为刻线载体。 光电编码传感器应用举例 1： 钢带式光电编码数字液位计 是目前油田浮顶式储油罐液位测量普遍应用的一种测量设备 在量程超过 20m 的应用环境中，液位测量分辨率仍可达到 1mm。 这种测量设备主要有： 编码钢带、读码器、卷带盘、定滑轮、牵引钢带用的细钢丝绳及伺服系统等。 自动测量过程 当大罐液位下降时， 细钢丝绳和编码钢带中的张力增大， 卷带盘在伺服系统的控制下放出盘内的编码钢带； 当大罐液位上升时，细钢丝绳和编码钢带中的张力减小， 卷带盘在伺服系统的控制下将编码钢带收入卷带盘内。 插值细分技术提高编码钢带的分辨率 设：分辨率为1mm ＝最低位码道刻线间隔 ， 设15个码道，测量范围： 215×1＝32768mm＝32.768m 加工工艺难度较大，编码钢带强度较低，使用不便。 需采用插值细分技术以减少码道数量，增加最低码道的数据宽度。 最低码道宽度增加到5mm，应用插值细分技术以获