第10章-位移-数字传感器.ppt

每当光栅移动一个栅距（W），莫尔条纹明暗变化一次，光电元件感受到的光强按正弦规律变化一个周期（ ），它输出的电信号也就发生相应地变化。在去除光电元件输出信号中的直流分量后，我们可以得到光电元件输出电压和光栅位移之间的关系式： 为了增加光栅传感器的分辨率和测得比栅距更小的位移量，以提高测量精度，若以移过的莫尔条纹数来确定位移量，则其分辨率为光栅栅距。一般可以通过增加光栅刻线密度（机械的方法）和对测量信号进行细分（电气的方法）的这两种方法来提高测量精度。 第一种方法制造工艺比较麻烦，成本较高而且会给安装和调试带来困难，因此一般不采用这种方法，而采用对测量信号细分方法获得所需的分辨率。下面介绍几种常用的电气细分法。 采用多个类似电桥，选取不同R1/R2值，就可以得到一系列初始相位 各不相同的正弦信号，从而达到任意细分的目的。 容栅传感器是利用电容的电荷耦合方式将机械位移量转变成为电信号的一种传感器。 长容栅由定栅尺和动栅尺组成，国内一般用敷铜板制造。 圆容栅主要由以透射板作主栅、以分别置于主栅两面的、保持最佳恒定距离的发射极板和接收极板作分体式副栅构成。 对于长容栅，当动栅尺沿方向平行于定栅尺移动时，每对容栅的覆盖面积将发生周期性变化，电容量也随之发生周期性变化，如图10-20所示 常用的电极的结构形式有反射式、透射式和倾斜式。 三、测量电路 容栅式电容传感器测量电路主要有调幅式和调相式测量电路两种形式。 1.调幅式测量原理 当静电极片P相对于两组动栅片A和B有位移时，差动电容器CA、CB不等，电容静极板P上的电荷量发生变化，有 2.调相式测量原理 调相式测量原理如图10-23所示。 当两个极板相对移动x(x l0/2)而处于位置b时，反射极片E上感应的电荷为， 第四节 旋转编码器 编码器按照被测物理量的形式，可以分为角位移和直线位移编码器 。目前，脉冲编码器每转可发出数百至数万个方波信号，因此可满足高精度位置检测的需要。数控系统通过对该信号的接收、处理、计数即可得到电动机的旋转角度，从而算出当前工作台的位置。我们这里主要讲述常用的旋转编码器（角位移）。 二、绝对式编码器 绝对式编码器有许多编码方式，我们这里只介绍自然二进制编码和循环二进制码(格雷码)。 1.自然二进制编码器 当码盘随转轴转动时，电刷上将出现相应的电位，对应一定数码，相应的表示十进制数的0~15。然后将这些信号送往信号处理显示电路，即可显示码盘转过的角度。 2.循环二进制编码器 循环码的特点是相邻的两组数码只有一位发生变化。因此即使安装和制作有误差，产生的误差最多也只是最低位的一位。循环码的码盘结构示意图如图所示 三、增量式编码器 增量式码盘由圆盘、光源、光敏元件和计数器等组成，如图所示。 四、旋转编码器的应用 增量式光电码盘测角度的原理图 由于传感器的接收电极耦合发射电极的电荷，其输出电压与接收电极的电荷成正比，可见，传感器输出一个与激励电压同频的正弦波电压，其幅值近似为常数K，而其相位则与被测位移x近似成线性关系。只要测量出输出电压的相位就可以测量出被测位移x。 、旋转编码器的分类 按照信号的读出方式编码器可分为接触式和非接触式两种。 按照工作原理编码器可以分为绝对式和增量式两种。 接触式四位二进制码盘 导电区 绝缘区 能分辨的最小角度为 n位二进制码盘,该图n为4。 0 0 0 1 1 1 1 1 15 p 1 0 0 1 0 1 1 1 14 o 1 1 0 1 1 0 1 1 13 n 0 1 0 1 0 0 1 1 12 m 0 1 1 1 1 1 0 1 11 j 1 1 1 1 0 1 0 1 10 k 1 0 1 1 1 0 0 1 9 j 0 0 1 1 0 0 0 1 8 i 0 0 1 0 1 1 1 0 7 h 1 0 1 0 0 1 1 0 6 g 1 1 1 0 1 0 1 0 5 f 0 1 1 0 0 0 1 0 4 e 0 1 0 0 1 1 0 0 3 d 1 1 0 0 0 1 0 0 2 c 1 0 0 0 1 0 0 0 1 b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 a B0 B1 B2 B3 A0 A1 A2 A3 D 循环二进制码 自然二进制码 十进制 电刷 位置 循环码码盘结构示意图 计数值就反映了码盘转过的角位移 m为圆盘上的缝隙数， n为计数器获得的脉冲数 * 第十章 位