第7章 机电传动控制系统中常用的检测元件.ppt

检测元件的作用与分类 位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类方法： 位移检测装置的分类 7.1 速度传感器 7.1.1 测速发电机 1. 交流测速发电机 如图1所示，定子为两组在空间相互成90°角安置的绕组，转子则为空心杯形结构。 2. 直流测速发电机 它一般都做成永磁式，其工作原理如图7-2所示。 影响直流测速发电机测量结果的因素 (1) 周围环境温度的变化使绕组电阻发生变化，从而产生线性误差。 (2) 电枢反应，也就是由于电枢电流所产生的磁场会影响测速发电机的磁场，从而引起测量误差。 (3) 电枢回路的电阻随电枢电流的变化而变化，破坏了输出电压与转速的线性关系。 桥式速度传感器又分为由直流电动机组成的和交流电动机组成的测速电路。 直流桥式速度传感器的测速电路是利用直流电动机的电动势正比于速度的原理构成的，其电路如图7. 6所示。由图可以求得桥路的输出电压为 7.1.3 脉冲编码器 脉冲编码器是一种回转编码器，可以用来测相对位移，单位时间内的相对角位移就是角速度。 脉冲编码器作速度检测的原理 脉冲编码器在经过一个单位角位移时，便产生一个脉冲，下图是用脉冲编码器作速度检测的原理图。 增量式脉冲编码器 增量式脉冲编码器分光电式、接触式和电磁感应式三种。就精度和可靠性来讲，光电式脉冲编码器优于其它两种，它的型号是用脉冲数/转（p/r）来区分，数控机床常用2000、2500、3000p/r等，现在已有每转发10万个脉冲的脉冲编码器。脉冲编码器除用于角度检测外，还可以用于速度检测。 光电式脉冲编码器通常与电机做在一起，或者安装在电机非轴伸端，电动机可直接与滚珠丝杠相连，或通过减速比为i的减速齿轮，然后与滚珠丝杠相连，那么每个脉冲对应机床工作台移动的距离可用下式计算： 根据脉冲数和频率可测量出工作轴的转角与转速。 光电式脉冲编码器结构示意图 光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（图7-7）。光电盘是用玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬，然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。光电盘与工作轴连在一起 ，光电盘转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以测出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求出速度。 为了判断旋转方向，圆盘的两个窄缝距离彼此错开1/4节距，使两个光电元件输出信号相位差900。如图7-8所示，A、B信号为具有900相位差的正弦波，经放大和整形变为方波A1、B1。 设A相比B相超前时为正方向旋转，则B相超前A相就是负方向旋转，利用A相与B相的相位关系可以判别旋转方向。此外，在光电盘的里圈不透光圆环上还刻有一条透光条纹，用以产生每转一个的零位脉冲信号，它是轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲。 ? 在数控机床上，光电脉冲编码器作为位置检测装置，用在数字比较伺服系统中，将位置检测信号反馈给CNC装置。 图5-17所示为辨向环节框图和波形图。脉冲编码器输出的交变信号 经过差分驱动和差分接收进入CNC装置，再经过整形放大电路变成二个方波系列 。将 和它的反向信号 微分（上升沿微分）后得到 和 脉冲系列，作为加、减计数脉冲。 路方波信号被用作加、减计数脉冲的控制信号，正走时（A超前B），由Y2门输出加计数脉冲，此时Y1门输出为低电平（图5-17）；反走时（B超前A），由Y1门输出减计数脉冲，此时Y2门输出为低电平。这种读数方式每次反映的都是相对于上一次读数的增量，而不能反映转轴在空间的绝对位置，所以是增量读数法。 减计数