第6章数字式传感器.pptVIP

6.3 感应同步器 第6章 数字式传感器 感应同步器的工作原理 在滑尺上施加的正弦激 磁电压为: 正弦或余弦绕组在定尺 上相应产生的感应电势 分别为： 6.3 感应同步器 第6章 数字式传感器 感应同步器的信号处理 感应同步器的励磁方式可分为两大类： 一类是以滑尺（或定子）励磁，由定尺（或转子）取出感应电动势信号； 另一类以定尺（或转子）励磁，由滑尺（或定子）取出感应电动势信号。 目前在实用中多数用前一类励磁方式。 其信号处理方式可分为鉴相方式和鉴幅方式两种—— 分别用输出感应电动势的相位或幅值来进行处理。 6.3 感应同步器 第6章 数字式传感器 鉴相法——根据感应电势的相位来鉴别位移量。 在滑尺的正弦、余弦绕组上供给频率相同、相位差为90°的交流电压励磁即: 定尺输出的总感应电势为: 通过鉴别感应电动势的相位，例如同励磁电压比相，即可测出定尺和滑尺之间的相对位移。 6.3 感应同步器 第6章 数字式传感器 鉴幅法——根据感应电势的幅值来鉴别位移量。 在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和相位相同、但幅值不同的正弦激励电压，即: 定尺输出的总感应电势为: 感应同步器相当于调幅器，可由幅值变化测量位移量。 幅值 6.3 感应同步器 第6章 数字式传感器 6.2 光栅传感器 第6章 数字式传感器 光栅数字传感器 光栅数字传感器主 要由标尺光栅、指 示光栅、光路系统 和光电元件等组成。 6.2 光栅传感器 第6章 数字式传感器 光栅数字传感器是干什么的？ 主要用于线位移和角位移的测量。 还可以扩展到速度、加速度、振动、质量和表面轮廓等方面。 原理 6.2 光栅传感器 光栅数字传感器的原理：莫尔条纹 标尺光栅 指示光栅 莫尔条纹形成 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(当线纹密度≤50条/mm时)或光的衍射作用(当线纹密度≥100条/mm时)，在与光栅线纹大致垂直的方向上(两线纹夹角的等分线上)产生出亮、暗相间的条纹——称为“莫尔条纹”。 莫尔条纹 6.2 光栅传感器 BH 莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ(弧度)之间的关系为： 莫尔条纹 6.2 光栅传感器 莫尔条纹特点： (1) 位移的放大作用 当光栅每移动一个光栅栅距W时， 莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度BH，如果光栅作反向移动，条纹移动方向也相反。 θ越小，BH越大，这相当于把栅距W放大了1/θ倍。例如θ=0.1°，则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度BH是栅距W的573倍， 这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用， 从而提高了测量的灵敏度。 莫尔条纹 6.2 光栅传感器 莫尔条纹特点： (2) 位移的移动方向 如光栅1沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向下移动；反之，当光栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅线向上移动。 因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。 光栅1 光栅2 莫尔条纹 6.2 光栅传感器 莫尔条纹特点： (3) 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。 例W=0.02mm, 接收元件尺寸10×10mm2,在10mm范围内有500条刻线参与工作，某几条刻线误差对莫尔条纹位置和形状基本无影响。 莫尔条纹 6.2 光栅传感器 莫尔条纹特点： 其放大倍数可通过使θ角连续变化， 从而获得任意粗细的莫尔条纹。 (4) 连续变倍的作用： 莫尔条纹位移测量原理 6.2 光栅传感器 若用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化，则光信号被转换为电信号(电压或电流)输出。 莫尔条纹位移测量原理 6.2 光栅传感器 莫尔条纹位移测量原理 6.2 光栅传感器 光栅输出电压信号的幅值为光栅位移量x的函数，即： U0—输出信号中的直流分量； Um—输出交流信号的幅值； x — 两光栅间的相对位移. 莫尔条纹位移测量原理 6.2 光栅传感器 将该电压信号放大、整形使其变为方波，经微分电路转换成脉冲信号，再经过辨向电路和可逆计数器计数，则可在显示器上以数字形式实时地显示出位移量的大小。 位移量为脉冲数与栅距的乘积： 莫尔条纹位移测量原理 6.2 光栅传感器 位移量为脉冲数与栅距的乘积： 光栅常用的光路 6.2 光栅传感器 (一)垂直透射式光路 光栅常用的光路 6.2 光栅传感器 (二)反射式光路 辨向原理 6.2 光栅传感器 1）为什么要辨向？ 当可动光栅（主光栅）无论向前或向后移动时，在一固定点安装的光电元件只能接收到莫尔条纹明暗交替的变化，后面的数字电路都将发生同样的计数脉冲，从而无法辨别光栅移动的方向，也不能正确测量出有往复移动时位移的大小。因而必须在测量电路中加入辨向电路。 辨向原理 6.2 光栅传感器 2）辨向原理与辨向电