[工学]13机电一体化技术讲稿.ppt

2．编码器 编码器输出的代码信息是位置或位移， 位置是指规定坐标中的坐标值，即到固定原点的距离(或角度)，也可以称为绝对位置。 位移指的是被测对象从任一位置到另一不同位置所移动的距离(或角度)。 输出绝对位置的编码器为绝对值型编码器. 而输出位移量的编码器叫增量型编码器。左图为绝对值型光电编码器，它使用具有多通道的二进制码盘，码盘的绝对角位置由各列通道的“明”(透光)、“暗”(不透光)部分组成的二进制数表示，通道越多分辨力越高。 例如：直径140mm的码盘上记录20个通道符号(即二十位的二进制数)，检测精度可达1.24’’ 码盘的代码化方式有多种，但一定要能防止出现误读，而且要容易进行代码变换。最常用的是葛莱二进制码盘，如右图所示，其特点是在从一个计数状态变到下一个计数状态的过程中，只有一位码改变，因此在葛莱码的译码器中，不会产生误读，与纯二进制码相比，误读误差最小。 光电式增量型回转编码器的码盘 图为光电式增量型回转编码器的码盘示意图，这种码盘有两个通道(即两列窄缝一黑色部分)A与B，其相位差90°，相对于一定的转角得到一个脉冲。为了规定旋转原点，设置一原点定位用零脉冲z窄缝，每转一周获得一个脉冲。判断旋转方向可在B输出的上升沿看A的状态，如果A为“1”状态，则是向正方向转，为“0”状态，则是向负方向转。增量型编码器与可逆计数器组合，用于数字伺服机构。 三、速度、加速度传感器 1．测速发电机 测速发电机有直流和交流两种，工作原理如图(a)所示，伺服控制中多采用直流测速发电机，其转速与输出电压之间的关系，如图(b)所示。 2．差动变压器式速度传感器 差动变压器的一次线圈同时供以交流和直流电流，即i(t)＝I0+Imsinωt 当差动变压器的磁芯以被测速度v移动时，在其两个二次线圈中产生感应电势，将它们的差值通过低通滤波器滤除ω以及ω以上的高频分量后，则可得到与速度v(m／s)相对应的电压输出Uv＝2kI0v(V) 3．光电式速度和转速传感器 光电脉冲测速原理:物体以速度v移过光电池前的遮盖挡板时，光电池输出阶跃电压信号，经微分电路形成两个脉冲输出，测出两脉冲的时间间隔Δt，则可测得速度v为: V＝l／Δt 光电式转速传感器是由安装在被测轴上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发出的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上，当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间t内的脉冲数N，可测得转速为: n＝60N／Zt 一般取Zt＝60X10m(m＝0，1，2，……)。利用两组缝隙间距s相同，位置相位差(1／4十i／2)S(i为正整数)的指示缝隙和两个光电器件，则可辨别出圆盘的旋转方向。 四、力、力矩传感器 1．测力传感器：右图为测力传感器结构原理。它由能产生形变的结构部分(膜片)和装入盒内的应变杆及贴在应变杆上的应变片等组成。通过测量应变片的电压输出即可推断受力大小。它能对数克到数吨重的载荷进行测量。 2．力矩传感器 原理如图，驱动轴B通过装有应变片A的腕部与手部C联接。当驱动轴回转并带动手部回转而拧紧螺钉时，手部所受力矩的大小可通过应变片电压的输出测得。 无触点检测力矩的方法如图，传动轴的两端安装上磁分度圆盘A，分别用磁头B检测两圆盘之间的转角差，用转角差与负荷M成比例的关系，即可测量负荷力矩的大小。 3．力与力矩复合传感器 图为机器人手腕用力觉传感器结构原理。图中 为在x方向施力时，产生与施力大小成正比的弯曲变形的挠性杆，杆的两侧贴有应变片，检测应变片的输出即可知道x向受力之大小。 为在y方向施力时，产生与施力大小成正比的弯曲变形的挠性杆，杆的两侧贴有应变片，检测应变片的输出即可知道y向受力之大小。Qx+、Qx-、Qy+、Qy-为检测Z向施力大小的挠性杆，原理与上述相同。综合应用上述挠性杆也可测量手腕所受回转力矩的大小。 五、传感器与微机的接口 输入到微型机的信息必须是微型机能够处理的数字量信息。传感器的输出形式可分为模拟量、数字量和开关量。与此相应的有三种基本接口方式： 2、开关量接口方式： 开关型传感器输出（二值信号或逻辑信号1、0） 三态缓冲器 微型机 1、模拟量接口方式： 传感器输出信号 放大 采样／保持 模拟多路开关 A/D转换 I/O接口 微型机 数字型传感器输出（二进制代码、 BCD码、脉冲序列） 三态缓冲器 微型机 3、数字量接口方式： 计数器 课后习题 1.如图所示交流伺服电机的电路原理方框图中，光电隔离电路应放在什么位置？（ ） 2.按图说明光电隔耦合器的光电隔离原理 3.试分析光电隔离电路的作用。 4.信息转化电路的设计中主要包括：弱电转强电电路