现代检测技术与系统胡向东电子课件第9章节.ppt

尚辅网 / 第9章 数字式传感器 学习导航 知识单元与知识点 光电编码器（码盘式、脉冲盘式）的结构、工作原理与应用； 计量光栅的结构、组成、工作原理与应用。 能力点 会分析光电编码器（码盘式、脉冲盘式）和计量光栅的工作原理； 把握光电编码器（码盘式、脉冲盘式）的结构和计量光栅的结构、组成； 了解数字式传感器的应用。 重难点 重点：基本概念；光电编码器和计量光栅的工作原理。 难点：码盘的辨向原理、计量光栅的辨向原理与细分技术。 学习要求 掌握光电编码器（码盘式、脉冲盘式）和计量光栅的工作原理； 了解光电编码器（码盘式、脉冲盘式）的结构和计量光栅的结构、组成； 掌握二进制与循环码的相互转换方法； 了解数字式传感器的应用。 9.1 光电编码器 光电编码器按照被测物理量形式可分为线位移和角位移编码器，线位移编码器用于测量直线位移，也叫码尺，角位移编码器用于测量角位移，即将机械转动的位移（模拟量）转换成数字式电信号的传感器，也叫旋转编码器 角位移编码器从结构上可分为码盘式和脉冲盘式两种，它是非接触式测量，寿命长、可靠性高，测量精度和分辨率能达到很高水平 光电编码器的缺点是结构复杂，光源寿命较短 码盘式编码器（绝对编码器）主要由安装在旋转轴上的编码圆盘（码盘）、 窄缝以及安装在圆盘两边的光源和光敏元件等组成 码盘由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码道， 每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分，即亮区和暗区 当光源将光投射在码盘上时，转动码盘，通过亮区的光线经窄缝后， 由光敏元件接收。光敏元件的排列与码道一一对应， 对应于亮区和暗区的光敏元件输出的信号，前者为“1”，后者为“0”。 当码盘旋至不同位置时，光敏元件输出信号的组合，反映出按一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移大小 9.1.1 码盘式编码器 码盘式编码器工作过程 编码器码盘按其所用码制可分为二进制码、 十进制码、 循环码等。 对于6位二进制码盘，最内圈码盘一半透光， 一半不透光，最外圈一共分成26=64个黑白间隔。 　　每一个角度方位对应于不同的编码。例如零位对应于000000（全黑）；第23个方位对应于010111（码盘“内高外低”、编码“左高右低）。（第32位呢？） 　　测量时根据码盘的起始和终止位置可以确定角位移，而与转动的中间过程无关（故称绝对码盘）。 一个n位二进制码盘的最小分辨率，即能分辨的角度为α=360°/2n， 一个6位二进制码盘， 其最小分辨的角度α≈5.6°。 　　二进制码的特点：当某一较高的数码改变时， 所有比它低的各位数码均需同时改变，如0100和0011,1000和0111。 　　编码器采用二进制编码的缺点：任何微小的制作误差，都可能造成读数的粗误差。如四位的 0000顺时针到1111（15，对应角度？），可能为1000（8，对应角度？ ）。　　　 　　解决办法：为了消除粗误差，可用循环码代替二进制码。 循环码是一种无权码，从任何数变到相邻数时，仅有一位数码发生变化。 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。 　　对于n位循环码码盘，与二进制码一样，具有2n种不同编码，最小分辨率α=360°/2n。 四位二进制码与循环码对照表 码制转换 循环码的特点：译码较困难。 解决办法：先转换成二进制 编码 解码 码盘式编码器的特点 被测转角不超过360度时，它所提供的是转角的绝对值，即从起始位置（对应于输出各位均为0的位置）所转过的角度 在使用中如遇停电，在恢复供电后的显示值仍然能正确地反映当时的角度。故称为绝对型角度编码器 当被测角大于360度时，为了仍能得到转角的绝对值，可以用两个或多个码盘与机械减速器配合，扩大角度量程，如选用两个码盘，两者间的转速为10:1，此时测角范围可扩大10倍 　　脉冲盘式编码器（增量编码器）的输出是一系列脉冲，需要一个计数系统对脉冲进行加减(正向或反向旋转时)累计计数，一般还需要一个基准数据即零位基准，才能完成角位移测量。 　　 　　 9.1.2 脉冲盘式编码器 　　脉冲盘式编码器是在圆盘上开有内、外两圈相等角矩的缝隙，内、外圈的相邻两缝隙之间的距离错开半条缝宽。 在内外圈之外的某一径向位置，也开有一缝隙，表示码盘的零位，码盘每转一圈，零位对应的光敏元件就产生一个脉冲，称为“零位脉冲”。 光栏板上有两个狭缝，其距离是码盘上两个相邻狭缝距离的四分之一倍，并设置了两组对应的光敏元件，对应图中的A、B两个信号（四分之一间距差保证了两路信号的相位差为900，便于辨向），C信号代表零位脉冲。 当码盘随被测工作轴转动时，每转过一个缝隙就发