第6章 非电量测量.ppt

第6章 非电量测量 在现代检测技术中，对于各种类型的被测量的测量，大多数是直接或通过各种传感器、 电路转换为与被测量相关的电压、电流等电学基本参量后进行监测和处理的，这样既便于对被测量的检测、处理、记录和控制，又能提高测量的精度。 因此，了解和掌握这些非电量的测量方法是十分重要的。 第一节 长度及线位移测量 光栅传感器是一种新型的位移元件，是把位移 变成数字量的位移——数字转换器。 它主要用于高精度直线位移和角位移的数字检 测系统。 测量精度可达±1μm。 1、光栅的构造 由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件 称为光栅，如图所示。 光栅可分为透射光栅和反射光栅。 透射光栅——在透明玻璃上刻出平行刻痕，每条刻 痕处是不透光的，而两刻痕之间是透 光的。 反射光栅——在具有强反射能力的金属板上刻出平行 刻痕，每条刻痕处是不透光的，而两刻 痕之间是反光的。 如果把两块栅距W相等 的光栅面平行安装，且让 它们的栅线之间有很小的 夹角θ时，这时光栅上会 出现若干条明暗相间的条 纹，这种条纹称莫尔条纹。 莫尔条纹的重要特性： 2)放大位移的作用 当主光栅沿与刻线垂直方向移动θ角时，莫尔条 纹也跟着移动一个条纹宽度B。 　 莫尔条纹是一个明暗相间的带。两条暗带中心线之间的光强变化是从最暗，到渐亮，一直到最亮，又从最亮经渐亮到渐暗，再到最暗的渐变过程。 光栅位移传感器的结构及工作原理 光栅位移传感器由主光栅、指示光栅、光源和光 电器件等组成。 主光栅和被测物体相连，它随被测物体的直线位 移而产生移动。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随 着产生位移。 用光电器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可 知主光栅移动的距离，也就测得了被测物体的位移量。 光栅测量系统 开孔盘与被测轴相连接跟随被测轴旋转。 设置固定光源，固定光源发射的光通过开孔盘的缝隙照射到光敏元件上，使光敏元件感光，产生脉冲信号，送测量电路计数，测得转速。 第二节 角度及角位移测量 光电编码器是一种码盘式角度一数字检测元件。 它有两种基本类型: 一种是增量式编码器，具有结构简单、价格低、 精度易于保证等优点，目前采用最多。 一种是绝对式编码器，能直接给出对应于每个转 角的数字信息，便于计算机处理， 但当进给数大于 一转时，须作特别处理。 增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列 脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行 加减计数，以此来表示转过的角位移量。 工作原理 灯泡发出的散射光线经过聚光镜聚光后成为平行光线，主码盘与主轴同步旋转时，主码盘上的条纹与光栏上的条纹出现重合和错位，使光敏管受到光线亮、暗的变化，引起光敏管内电流大小发生变化，变化的信号经整流放大电路输出矩形脉冲。 脉冲发生器中主码盘内圈的一条刻线与光栏上条纹C重合时输出的脉冲为同步（起步，又称零位）脉冲。 增量式编码器 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。  例如，条纹数为1024，则能分辨的最小角度α=360°/1024=0.352?。 通过读取编码盘上的图案确定轴的位置。读取方式常用光电式。 编码盘上有码道。按照二进制分布规律，每条码道加工成透明和不透明相间。 一侧安装光源，另一侧安装一排径向排列的光电管，每个光电管对准一条码道。 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。 工作时，码盘的一侧放置电源，另一边放置一排光电接 受装置，每个码道都对应有一个光电管及放大、整形电路。 码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应 的电信号，经放大整形后，成为相应数码电信号。 绝对式旋转编码器的特点： 在一个检测周期内对不同的角度有不同的格雷码编码，因此编码器输出的位置数据是唯一的 因使用机械连接的方式，在掉电时编码器的位置不会改变，上电后立即可以取得当前位置数据 检测到的数据为格雷码，因此不存在模拟量信号的检测误差 　　绝对编码器是直接输出数字量的传感器。 在它的圆形码盘上沿径向