第十讲 几种常用数字传感器.ppt

* * 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及分辨率为： α=360°/2n 分辨率=1/2n 循环码盘（格雷码） 1）编码规则 将二进制码右移一位并舍去最末位与原二进制做不进位加法（异或）。 2）特点 相邻两个数码之间只有一位变化。 * * 格雷码 自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号，但某些情况，例如从十进制的3转换成4时二进制码的每一位都要变，使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。而格雷码则没有这一缺点。它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化，大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。另外由于最大数与最小数之间也仅一个数不同，故通常又叫格雷反射码或循环码。 转换方法: 二进制码-格雷码（编码）：从最右边一位起，依次将每一位与左边一位异或(XOR)，作为对应格雷码该位的值，最左边一位不变(相当于左边是0)； 格雷码-〉二进制码（解码）：从左边第二位起，将每位与左边一位解码后的值异或，作为该位解码后的值（最左边一位依然不变）. 3、光电编码器的应用 （1）在数控机床中的应用 （2）角度及转速的测量 脉冲频率法 脉冲周期法 测量的是平均转速，分辨率由被测速度而变，精度取决于计数时间间隔，不适宜低转速的测量 转速较高时分辨率较低，但可给出瞬时速度 （3）测量线位移 在某些场合，用旋转式光电增量编码器来测量线位是一种有效的方法。这时，须利用一套机械装置把线位移转换成角位移。测量系统的精度将主要取决于机械装置的精度。 * * （4）M法测速（适合于高转速场合） T 编码器每转产生 N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速（r/min)为 ：n = 60m1/（NT） m1 * * （5）编码器在数控加工中心的刀库选刀控制中的应用 旋转刀库 被加工工件 刀具 角编码器的输出为当前刀具号 角编码器与旋转刀库连接 * * （6）编码器在伺服电机中的应用 利用编码器测量伺服电机的转速、转角，并通过伺服控制系统控制其各种运行参数。 转速测量 转子磁极位置测量 角位移测量 * * 第十讲 常用的数字式传感器 学习几种常用数字式传感器的结构、原理，如计量光栅、编码器，并讨论在直线位移和角位移中测量、控制的应用。 * * 一、光栅 光栅式由很多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相间排列构成的光器件。 1、光栅的类型和结构 光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。 计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。 * * 扫描头（与移动部件固定） 光栅尺 可移动电缆 光栅的外形及结构 * * 透射式光栅 * * 光栅及光栅传感器 1—光源　2—聚光镜　3—主光栅　4—指示光栅　5—光电元件 * * 反射式光栅 * * 透射式圆光栅 固定 2、工作原理 光栅的基本元件是主光栅和指示光栅。它们是在一块长条形光学玻璃上，均匀刻上许多明暗相间、宽度相等的刻线。常用的光栅每毫米有10、25、50、100和250条线。主光栅的刻线一般比指示光栅长。若划线宽度为a缝隙宽度为b，则光栅节距或栅距W为W＝a + b。通常取a = b＝W /2。 光栅与莫尔条纹示意图 主光栅 指示光栅 指示光栅移动方向 莫尔条纹 若将两块光栅(主光栅、指示光栅)叠合在一起，并使刻线之间成很小的角度θ，如右图所示。由于遮光效应，两块光栅的刻线相交处形成亮带，而在一块光栅的刻线与另一块光栅的缝隙相交处形成暗带，在与光栅刻线垂直的方向，将出现明暗相间的条纹，这些条纹就称为莫尔条纹。 如果改变θ角，两条莫尔条纹问的距离B也随之变化。由下图可知，条纹间距B与栅距W和夹角θ有如下关系： 当指示光栅沿着主光栅刻线的垂直方向移动时，莫尔条纹将会沿着这两个光栅刻线夹角的平分线的方向移动，光栅每移动一个W，莫尔条纹也移动一个间距B。 θ越小，B越大，即莫尔现象具有使栅距放大的作用。通过光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，就可以容易地测量莫尔条纹移动数，获取小于光栅栅距的微小位移量。 * * 莫尔条纹演示 * * 莫尔条纹光学放大作用举例 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W =1mm/50=0.02mm=20?m （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 莫尔条纹的宽度是栅距的32倍： B ≈W/θ = 0.02mm/（1.8? *3.14/180?