自动检测技术及应用第2版梁森111检测课件第十一章节,第15节2013319章节.ppt

机电类《自动检测技术》第十一章（1~5节）多媒体课件统一书号：ISBN 978-7-111-40710-2课程配套网站或 2013年1月版 第十一章 数字式位置传感器 介绍几种常用数字式位置传感器的结构、原理，如角编码器、M法测速、光栅传感器、莫尔条纹、磁栅传感器、容栅传感器等，并讨论他们在直线位移和角位移精密测量以及机床位置控制中的应用。 第十一章 数字式位置传感器 目录 11.1 位置测量方式 11.2 角编码器 11.3 光栅传感器 11.4 磁栅传感器 11.5 容栅传感器 第一节 位置测量的方式 一、直接测量和间接测量 1.直接测量 2.间接测量 齿轮-齿条副的位移转换演示 传动机构 滚珠丝杠螺母副 传动分析 二、增量式和 绝对式测量 在增量式测量中，移动部件每移动一个基本长度单位，位置传感器便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。这样，一个脉冲所代表的基本长度单位就是分辨力，对脉冲计数，便可得到位移量。 第二节 角编码器 角编码器是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。 角编码器能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一连串脉冲。角编码器有两种基本类型：绝对式角编码器和增量式角编码器。 一、绝对式角编码器 绝对式测量角编码器 绝对式编码器（接触式）演示 4个电刷 其他角编码器外形（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司光盘资料） 其他角编码器外形（续） 其他角编码器外形（续） 2．绝对式光电编码器结构 a）光电码盘的平面结构（8码道） b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4码道） 绝对式光电码盘与增量式码盘的区别 绝对式光电码盘（12码道） 增量式光电码盘（1024位） 绝对式光电编码器的分辨力及分辨率 绝对式光电编码器的测量分辨力取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上的码道数n 有关，即最小能分辨的角度为： α=360o/2n 分辨率=1/2n 增量式光电编码器的分辨力及分辨率 增量式光电编码器的测量分辨力取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n 有关，即最小能分辨的角度及分辨率为： E1050-14绝对式角编码器的特性参数 . 增量式编码器（INC） 辨向原理 光电编码器的两个“辨向元件” 光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的两个狭缝距离W的(m +1/4)倍,m 为正整数,并设置了两组光敏元件A、B,有时又称为cos 、 sin元件。 两路光电信号判断旋转方向 辨向信号和零标志 零标志（一转脉冲）波形及作用 三、角编码器的应用 M法门控测速电路 先利用施密特触发器将角编码器的输出脉冲三角波转换为矩形波。当与门的C端为高电平时，b端的信号可以通过与门，到达d端，然后单片机进行计数，得到m1个计数结果。 M法测速的计算 在一定的时间间隔ts内（ ts =t 闸门= t门控，如10s、1s、0.1s等），用编码器所产生的脉冲数来确定速度的方法称为Ｍ法测速。 若编码器每转产生N个脉冲，在ts的闸门时间间隔内得到m1个脉，则编码器所产生的脉冲频率为 ±1误差简述 M法测速的本质是测频。误差主要由两个因素决定： 一是闸门时间ts的误差，可以使用晶振来提高闸门时间的准确性； 二是量化误差，又称为±1误差，见下图，原理见后述。 2）产生±1误差的原因：测频时，计数脉冲通过闸门进入计数器。由于闸门开启时刻（秒信号的上升沿）和被测计数脉冲上升沿到来的时刻之间的关系是随机的,有可能在第二个t闸门时间里，比在第一个t闸门时间多计数了一个脉冲，或少计数了一个脉冲,就造成了±误差。 例 某角编码器的技术指标为1024个脉冲/r（即N＝1024P/r =1K），在0.2s时间内，测得100个脉冲，即ts=0.2s，m１=100，求： 1）转速n；2）±1误差引起的转速测量误差为多少r/min。3）如果将ts延长到1s，求±1误差引起的转速测量误差为多少r/min。 解 1）角编码器轴的转速n为 3）如果将ts延长到1s，m１＇必然增加到500，则 结论：采样时间为1s时计算得到的转速，与在0.2s时间内测得的转速相同，但±1个脉冲引起的误差显然缩小。 T法测速（适合于低转速场合） T法测速举例 编码器的安装方式 2.编码器的轴式安装 编码器在伺服电机中的应用 编码器在伺服电机中的应用 增量式编码器在定位加工中的应用（例1，增量式） 绝对式编码器在定位加工中的应用（例 2，绝对式计算） 数控加工中心 编码器在数控加工中心的刀库选刀控制中的应用 用不同的刀具完成不同的加工 角编码器用于汽车壳体焊接机械手 绝对式角编