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第6章 数字式感器.ppt

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第6章 数字式感器

编码器码盘按其所用码制可分为二进制码、 十进制码、 循环码等。  图 6 - 9所示的6位二进制码盘, 最内圈码盘一半透光, 一半不透光, 最外圈一共分成26=64个黑白间隔。 每一个角度方位对应于不同的编码。 例如零位对应于000000(全黑); 第23个方位对应于010111。这样在测量时, 只要根据码盘的起始和终止位置, 就可以确定角位移, 而与转动的中间过程无关。 一个n位二进制码盘的最小分辨率, 即能分辨的角度为α=360°/2n。若n=6, 则α≈5.6°,如要达到1秒左右的分辨率, 至少采用20位的码盘。对于一个刻划直径为400mm的20位码盘, 其外圈分划间隔不到1.2μm。可见码盘的制作不是一件易事。  采用二进制编码器时, 任何微小的制作误差, 都可能造成读数的粗误差。 主要是二进制码当某一较高的数码改变时, 所有比它低的各位数码需同时改变。 如果由于刻划误差等原因, 某一较高位提前或延后改变, 就会造成粗误差。 为了清除粗误差, 可用循环码代替二进制码。 图 6 - 10所示是一个6位的循环码码盘。对于n位循环码码盘, 与二进制码一样, 具有2n种不同编码, 最小分辨率α=360°/2n。表 给出了四位二进制码与循环码的对照表。从表中看出, 循环码是一种无权码, 从任何数变到相邻数时, 仅有一位编码发生变化。 如果任一码道刻划有误差, 只要误差不太大, 只可能有一个码道出现读数误差, 产生的误差最多等于最低位的一个比特。 所以只要适当限制各码道的制造误差和安装误差, 不会产生粗误差。 由于这一原因使得循环码码盘获得了广泛的应用。  * * 6.1 光栅传感器 6.2 感应同步器  6.3 数字编码器 第6章 数字位移传感器 返回主目录 6.1光栅传感器 大的位移常用感应同步器、光栅、磁栅、编码器等传感器来测量, 其特点是易实现数字化, 精度高, 抗干扰能力强, 没有人为读数误差, 安装方便, 使用可靠等, 这些传感器既可以测线位移, 也可以测角位移, 还可用来测长度, 这些传感器被广泛地应用于自动检测和自动控制系统中。  光栅是一种在基体上刻制有等间距均匀分布条纹的光学元件。 用于位移测量的光栅称为计量光栅。  1. 光栅测量原理 (一)、光栅 图 6 - 1为透射光栅的示意图。 图中a为刻线宽度, b为缝隙宽度, a+b=W称为光栅的栅距(也称光栅常数)。 通常a=b=W/2, 也可刻成a:b=1.1:0.9。目前常用的光栅每毫米刻成10、 25、 50、 100、 250条线条。   光栅传感器又称光栅读数头, 主要由标尺光栅、 指示光栅、 光路系统和光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。 指示光栅比标尺光栅短得多, 但两者刻有同样的栅距, 使用时两光栅互相重叠, 两者之间有微小的空隙, 其中一片固定, 另一片随着被测物体移动, 即可实现位移测量。  (二)、莫尔条纹 当指示光栅和标尺光栅的线纹相交一个微小的夹角时, 由于挡光效应(对线纹密度≤50条/mm的光栅)或光的衍射作用(对线纹密度≥100条/mm的光栅), 在与光栅线纹大致垂直的方向上, 产生出亮暗相间的条纹, 这些条纹称为“莫尔条纹”, 见图 6 - 2所示。  莫尔条纹测位移的特点:  (1)位移的放大作用 当光栅移动一个栅距W时, 莫尔条纹移动一个间距BH, 莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为:  BH =W/sin(θ/2)≈W/θ ( 6 - 1) θ越小, BH越大。例如θ=10分, 则1/θ≈344, 即莫尔条纹宽度是栅距的344倍。这相当于把栅距放大了1/θ倍, 提高了测量的灵敏度。 (2)误差的平均效应莫尔条纹由光栅的大量刻线形成, 对线纹的刻划误差有平均抵消作用, 能在很大程度上消除短周期误差的影响。  若用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化, 则将光信号转换为电信号, 输出的幅值可用光栅位移量x的正弦函数表示, 如图 6 - 3所示。 以电压输出而言:  U=U0+Umsin(π/2+2πx/W) ( 6 - 2) 式中U-为光电元件输出的电压信号; U0-为输出信号中的平均直流分量; Um-为输出信号中正弦交流分量的幅值。  当光栅位移一个

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