[理学]11数字式位置传感器.ppt

第十一章 数字式位置传感器 本章学习几种常用数字式位置传感器的结构、原理，如角编码器、光栅传感器、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测量、控制中的应用。 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 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 角编码器又称码盘，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） 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 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精度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=360°/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精度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： 辨向原理 光电编码器的输出波形 上图光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的两个狭缝距离的（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sin、cos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 T法测速（适合于低转速场合） T法测速举例 M/T法测速（高速、低速场合均可使用） M/T法测速（高速、低速场合均可使用） 编码器的安装方式 2.编码器的轴式安装 编码器在定位加工中的应用 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 用不同的刀具加工复杂的工件 编码器在伺服电机中的应用 角编码器在机器人控制中的应用 第三节 光栅传感器 一、光栅的类型和结构 光栅的外形及结构 光栅的外形及结构（续） 反射式光栅 透射式光栅 透射式圆光栅 莫尔条纹的光学放大作用 莫尔条纹演示 莫尔条纹光学放大作用举例 光栅的输出信号（TTL） 光栅输出信号（电压正弦波） 脉冲细分 光栅细分举例 辨向电路及波形 如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向。 正向运动产生加法脉冲 正向运动时，与门IC2无“减”计数脉冲输出。 为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡） 为光栅设计的专用信号处理单元 （光栅插补器） 光栅在机床上的安装位置（2个自由度） 光栅在机床上的安装位置（3个自由度） 光栅在机床上的安装位置 （3个自由度）（续） 2自由度光栅数显表 3自由度光栅数显表 光栅数显表（续） 三座标数显表 SDS8-3E 光栅数显箱功能: · 公制/英制转换 · 绝对/相对转换 · 线性误差补偿 · 正反方向计算 · 归零 · 插值补偿 · 到达目标值停机 · PCD圆周分孔 · 200组零位记忆 · 蚀深度目标值显示 · 时工作位置显示 · 掉电记忆 光栅数显表（续） 设定按键 安装有直线光栅的数控机床加工实况 第四节 磁栅传感器 磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽可超过十几米，抗干扰能力强。磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。磁栅传感器主要由磁尺、磁头和信号处理电路组成。 目前还出现了磁敏电阻原理的磁头，可不必设置励磁电路，检测速度也进一步提高。还有一种“空间静磁栅”。在失电→上电后，仍能正确地反映失电前的位置或角度，实现了磁栅的“绝对编码”。 磁栅的外形及结构 磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示 鉴相型磁栅数显表的原理框图 磁栅测量系统 磁栅在磨床测长系统中