数字式传感器27-30刘.ppt

Cha.17 数字式传感器 一、位置测量的方式 1、直接测量和间接测量 2).间接测量 传动机构 滚珠丝杠螺母副 传动分析 2、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。 绝对式测量中，每一被测点都有一个对应的编码，常以二进制数据形式来表示。绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型的绝对式位置传感器有绝对式角编码器。 二、数字式角编码器（码盘） 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） 绝对式接触式编码器演示 4个电刷 绝对式光电编码器 2、角编码器的应用 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 三、光栅传感器 1、光栅传感器的类型和结构 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 莫尔条纹光学放大作用举例 莫尔条纹演示 莫尔条纹特点 光栅细分举例 光栅专用数据转接器（光栅辨向细分） 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） 2自由度光栅数显表 3自由度光栅数显表 安装有长光栅的数控机床加工实况 1、直线式感应同步器的基本结构 定尺和滑尺的基板采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用腐蚀的办法做成图示的印刷绕组。长尺叫定尺，安装在机床床身上；短尺为滑尺，安装于移动部件上，两者平行放置，保持0.25~0.05mm间隙。 感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距，这是衡量感应同步器精度的主要参数。标准感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距为2mm。定尺上是均匀、连续的感应绕组；滑尺上是分段绕组，分段绕组分为两组，布置成在空间相差π/2或3π/4相角，又称为正、余弦绕组。感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。 有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与指示光栅的夹角? =1.8?，则 分辨力=栅距=1mm/50=0.02mm=20?m （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 而莫尔条纹的宽度 L≈W/θ = 0.02mm/（1.8? *3.14/180? ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于较大（是栅距的32倍），因此可以用小面积的光电元件“观察”莫尔条纹光强的变化。 (1)、位移的放大作用——莫尔条纹间距把栅距放大了（1/θ）倍, 提高了测量的灵敏度，该特点为利用光栅测位移的基本理论依据。 (2)、位移的严格对应关系——莫尔条纹的移动方向和移过的条纹数与栅距的移动方向（指示光栅的移动方向）和移过的栅距个数严格一一对应，该特点为利用光栅测位移提供了现实保证。 (3)、误差的平均效应——莫尔条纹由光栅的大量刻线形成, 对个别线纹的刻划误差有平均抵消作用，根据该特点应适当增加光栅栅线密度。 1）．光电转换 莫尔条纹需要经过转换电路才能将光信号转换成电信号。光栅传感器的光电转换系统由聚光镜和光敏元件组成，如右图 (a)所示。 当两块光栅作相对移动时，光敏元件 3、测量电路 上的光随莫尔条纹移动而变化。在a处两光栅刻线重叠，透过的光强最大，光电元件输出的电信号也最大；c处由于光被遮去一半，光强减小；d处的光全被遮去的成全黑，光强为零；若光栅继续移动，透射到光敏元件上的光强又逐渐增大，因而形成了如上图 (b)所示的输出波形。 光敏元件输出的波形可近似用如下公式描述： 式中 U0 — 输出信号的直流分量； Um — 输出信号的交流信号幅值； x — 光栅的相对位移量。 2）．辨向原理 为了辨别主光栅是向左还是向右移动，可在相隔1/4条纹间的位置上安装两只光敏元件，这两只光敏元件输出信号U1、U2的相位差将为π/2，可以根据它们超前/滞后的关系判别出指示光栅的移动方向。 U1和U2信号经整形后得到方波U1/和U2/。U2/ 作为门控信号与U1/的微分信号一起输入到与门Y1，与U1/反相后的微分信号一起输入到与门Y2。假设光栅右移时，U2/超前U1/，则先于U1/的微分