第四節(jié) 新型角度傳感器ppt課件

1、 3-4 新型角度傳感器 本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容內(nèi)容：內(nèi)容：1 1、圓光柵：類型、莫爾條紋、圓光柵：類型、莫爾條紋2 2、圓磁柵、圓磁柵形成：形成： 測(cè)量原理測(cè)量原理3 3、感應(yīng)同步器：、感應(yīng)同步器：分類、應(yīng)用、工作原理、圓形感應(yīng)同步器分類、應(yīng)用、工作原理、圓形感應(yīng)同步器4 4、角編碼器：定義、類型、工作原理、角編碼器：定義、類型、工作原理5 5、環(huán)形激光器：、環(huán)形激光器：重點(diǎn)：圓光柵和環(huán)形激光器的測(cè)量原理重點(diǎn)：圓光柵和環(huán)形激光器的測(cè)量原理一、圓光柵一、圓光柵v莫爾條紋：兩等線距光柵相互成一小角度時(shí)，即形成莫爾條莫爾條紋：兩等線距光柵相互成一小角度時(shí)，即形成莫爾條紋；兩光柵相互運(yùn)動(dòng)時(shí)間看到的

2、是莫爾條紋運(yùn)動(dòng)。紋；兩光柵相互運(yùn)動(dòng)時(shí)間看到的是莫爾條紋運(yùn)動(dòng)。v莫爾條紋的特點(diǎn)：莫爾條紋的特點(diǎn)：v放大作用：相對(duì)原光柵具有放大挪動(dòng)的作用；放大作用：相對(duì)原光柵具有放大挪動(dòng)的作用；v誤差平均；誤差平均；v信號(hào)波形的正弦性。信號(hào)波形的正弦性。兩光柵交點(diǎn)由柵線序數(shù)兩光柵交點(diǎn)由柵線序數(shù)N、M組成。組成。K=MN令K=MN條紋I： (-3,-1)、(-2,0)、(-1,1)、(0,2)、(1,3) K=2條紋II ： (-2,-1)、(-1,0)、(0,1)、(1,2)、(2,3) K=1條紋III ：(-1,-1)、(0,0)、(1,1)、(2,2)、(3,3) K=0設(shè)兩光柵節(jié)距分別是P1、P2，相交

3、角可得莫爾條紋方程：長(zhǎng)光柵莫爾條紋播放動(dòng)畫播放動(dòng)畫長(zhǎng)光柵光閘莫爾條紋播放動(dòng)畫播放動(dòng)畫圓光柵類型：徑向圓光柵圖圓光柵類型：徑向圓光柵圖3-29a） 切向圓光柵圖切向圓光柵圖3-29b）v圓光柵的莫爾條紋有許多類型，在角度測(cè)量中主要是應(yīng)用以下兩種：環(huán)形莫爾條紋和圓弧形莫爾條紋。 圖3-29 圓光柵 BWRrr121 1環(huán)形莫爾條紋環(huán)形莫爾條紋形成：將兩塊柵線數(shù)目相同，切線圓半徑分別為形成：將兩塊柵線數(shù)目相同，切線圓半徑分別為r1r1和和r2r2的切向的切向圓光柵同心安置圖圓光柵同心安置圖3-303-30），形成以光柵中心為圓心的莫），形成以光柵中心為圓心的莫爾條紋簇，叫做環(huán)形莫爾條紋。條紋間距爾條

4、紋簇，叫做環(huán)形莫爾條紋。條紋間距B B為為 ：式中，W為柵距；R為平均半徑。特點(diǎn)：當(dāng)兩光柵相對(duì)轉(zhuǎn)過一個(gè)柵距時(shí)，環(huán)形條紋就由中心向外或向內(nèi)，由旋轉(zhuǎn)方向而定移過一個(gè)條紋演示）。該條紋最適用于多讀數(shù)頭的測(cè)量裝置 圖3-30 切向光柵產(chǎn)生環(huán)形莫爾條紋 環(huán)形莫爾條紋播放動(dòng)畫播放動(dòng)畫播放中播放中單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示2. 2. 圓弧形莫爾條紋圓弧形莫爾條紋形成：將兩塊柵線數(shù)目相同的徑向圓光柵偏心安置偏心量為形成：將兩塊柵線數(shù)目相同的徑向圓光柵偏心安置偏心量為e e），則兩光柵的柵線交角將不同，這樣就會(huì)形成曲率半徑），則兩光柵的柵線交角將不同，這樣就會(huì)形成曲率半徑各不相同的圓弧形莫爾條紋簇，如圖各不相同的

5、圓弧形莫爾條紋簇，如圖3-313-31所示。所示。v特點(diǎn)：條紋簇都與兩光柵中心特點(diǎn)：條紋簇都與兩光柵中心連線相切于連線的中心點(diǎn)，條連線相切于連線的中心點(diǎn)，條紋簇的圓心都位于兩光柵中心紋簇的圓心都位于兩光柵中心連線的垂直平分線上；條紋間連線的垂直平分線上；條紋間距隨條紋的位置而不同。距隨條紋的位置而不同。v條紋有三種形式：條紋有三種形式：v橫向莫爾條紋；橫向莫爾條紋；v縱向莫爾條紋；縱向莫爾條紋；v斜向莫爾條紋；斜向莫爾條紋；v角度測(cè)量中多用橫向莫爾條紋。角度測(cè)量中多用橫向莫爾條紋。 圖圖3-31 徑向光柵產(chǎn)生圓弧形莫爾條紋徑向光柵產(chǎn)生圓弧形莫爾條紋 播放中播放中圓弧莫爾條紋單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備

6、演示播放動(dòng)畫播放動(dòng)畫光閘莫爾條紋播放動(dòng)畫播放動(dòng)畫播放中播放中單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示輻射形莫爾條紋播放動(dòng)畫播放動(dòng)畫圓光柵是精密測(cè)角的主要器件之一，廣泛用于測(cè)角、刻度和度盤檢測(cè)。圖3-32是利用圓光柵檢定度盤的示意圖。 圖圖3-32 用圓光柵檢定度盤用圓光柵檢定度盤 二、圓磁柵二、圓磁柵 圖3-33 圓磁柵沿圓周展開）1基體；2磁膜1 1形成：形成： 在一個(gè)圓柱圓盤基體的表面上鍍上一層磁膜，當(dāng)圓在一個(gè)圓柱圓盤基體的表面上鍍上一層磁膜，當(dāng)圓盤均勻旋轉(zhuǎn)時(shí)，把由一標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)發(fā)生器如石英振盤均勻旋轉(zhuǎn)時(shí)，把由一標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)發(fā)生器如石英振蕩器發(fā)出的頻率極為準(zhǔn)確穩(wěn)定的正弦波電壓信號(hào)，記錄在蕩器發(fā)出的頻率極為

7、準(zhǔn)確穩(wěn)定的正弦波電壓信號(hào)，記錄在磁膜上面，磁膜經(jīng)交流反復(fù)磁化，就形成如圖磁膜上面，磁膜經(jīng)交流反復(fù)磁化，就形成如圖3-333-33所示之磁所示之磁極對(duì)應(yīng)的磁格極對(duì)應(yīng)的磁格N N和和S S兩兩相對(duì)），此錄磁圓盤就是以磁波為兩兩相對(duì)），此錄磁圓盤就是以磁波為分度標(biāo)準(zhǔn)的圓磁柵。分度標(biāo)準(zhǔn)的圓磁柵。 圖3-34為錄磁裝置的示意圖圖圖3-34 錄磁原理示意圖錄磁原理示意圖2 2測(cè)量原理：利用圓磁柵測(cè)角或分度時(shí)，磁柵和被測(cè)件一起同測(cè)量原理：利用圓磁柵測(cè)角或分度時(shí)，磁柵和被測(cè)件一起同軸旋轉(zhuǎn)，再利用放磁頭將磁柵上的標(biāo)準(zhǔn)錄磁信號(hào)拾放出來，軸旋轉(zhuǎn)，再利用放磁頭將磁柵上的標(biāo)準(zhǔn)錄磁信號(hào)拾放出來，并進(jìn)行處理。并進(jìn)行處理。3

8、 3磁頭類型：按拾取信號(hào)方式不同，分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)磁頭兩種；磁頭類型：按拾取信號(hào)方式不同，分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)磁頭兩種；動(dòng)態(tài)磁頭：磁柵與磁頭間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)才有信號(hào)輸出，如圖。動(dòng)態(tài)磁頭：磁柵與磁頭間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)才有信號(hào)輸出，如圖。 圖3-35動(dòng)態(tài)磁頭讀取信號(hào)1磁頭，2磁柵，3輸出信號(hào)波形 v靜態(tài)磁頭：磁柵與磁頭間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)也有信號(hào)輸出。如圖靜態(tài)磁頭：磁柵與磁頭間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)也有信號(hào)輸出。如圖v3-35a） 圖3-35b靜態(tài)磁頭分度原理示意圖 三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器有長(zhǎng)形和圓形兩種，前者用于測(cè)量長(zhǎng)度，感應(yīng)同步器有長(zhǎng)形和圓形兩種，前者用于測(cè)量長(zhǎng)度，后者用于測(cè)量角度和分度。后者用于測(cè)量角度和分度。長(zhǎng)形感

9、應(yīng)同步器長(zhǎng)形感應(yīng)同步器圖圖336感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器當(dāng)以激磁電壓加在印刷電路板上的平面平行繞組激磁繞組兩端時(shí)圖3-36），若電流方向如圖中箭頭所示，則在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)，并形成封閉的環(huán)形磁力線。圖中，表示磁力線由紙面引出， 號(hào)表示進(jìn)入紙面。工作原理：工作原理：v將另一塊線距與上述激磁繞組相同的感應(yīng)繞組印線板以最小的間隙使兩繞組互相平行貼近，感應(yīng)繞組中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓參見圖3-37）。圖圖3-37感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓v 感應(yīng)電壓大小與兩繞組的相對(duì)位置有關(guān)，節(jié)距即相當(dāng)一個(gè)電 v 壓變化周期，兩繞組完全重疊，感應(yīng)電壓最大。為什么要用A、B兩個(gè)繞組？圖圖338 圓形感應(yīng)同步器圓形感應(yīng)同步器v以激磁繞組印

10、刷在固定圓盤上圖3-38a），感應(yīng)繞組印制在旋轉(zhuǎn)圓盤上，可相對(duì)固定圓盤旋轉(zhuǎn)，兩者互相貼近，就可取得反映圓分度的交流電壓信號(hào)。圓形感應(yīng)同步器：圓形感應(yīng)同步器：v感應(yīng)繞組的分布：感應(yīng)繞組的分布：v 如圖如圖3-38b3-38b，采用所謂，采用所謂sinsin繞組和繞組和coscos繞組交叉分布。繞組交叉分布。圖圖338 圓形感應(yīng)同步器圓形感應(yīng)同步器1、僅用一對(duì)sin繞組和cos繞組行嗎？2、多對(duì)繞組的 作用是什么？（為什么？）3感應(yīng)同步器的特點(diǎn)：感應(yīng)同步器的特點(diǎn)：平均效應(yīng)，增量式測(cè)角平均效應(yīng)，增量式測(cè)角4. 應(yīng)用：應(yīng)用： 慣性技術(shù)測(cè)試設(shè)備慣性技術(shù)測(cè)試設(shè)備 中等準(zhǔn)確度的計(jì)量器具中等準(zhǔn)確度的計(jì)量器具四

11、、角編碼器四、角編碼器1定義：將轉(zhuǎn)角大小換成相應(yīng)的數(shù)字代碼定義：將轉(zhuǎn)角大小換成相應(yīng)的數(shù)字代碼的裝置稱角度編碼器。的裝置稱角度編碼器。2類型：很多，最主要是光電編碼器；類型：很多，最主要是光電編碼器；3光電編碼器的工作原理：如圖光電編碼器的工作原理：如圖3-40。圖圖3-40 角編碼器工作原理角編碼器工作原理v圖3-41是四位編碼盤，其最外的第四位碼道將圓周角分為16等分，每等分相當(dāng)于22.5。圖圖3-41 編碼盤示意圖編碼盤示意圖 五、環(huán)形激光器五、環(huán)形激光器1 環(huán)形激光器：環(huán)形激光器： 閉合環(huán)路以一定的角速度旋轉(zhuǎn)，則反向閉合環(huán)路以一定的角速度旋轉(zhuǎn)，則反向的兩光束將產(chǎn)生光程差，且光程與環(huán)路旋的

12、兩光束將產(chǎn)生光程差，且光程與環(huán)路旋轉(zhuǎn)的角速度成正比，這就是多卜勒效應(yīng)。轉(zhuǎn)的角速度成正比，這就是多卜勒效應(yīng)。這一現(xiàn)象為測(cè)量角速度和角度提供了理論這一現(xiàn)象為測(cè)量角速度和角度提供了理論依據(jù)，而高穩(wěn)頻激光的出現(xiàn)，又使這一精依據(jù)，而高穩(wěn)頻激光的出現(xiàn)，又使這一精確的測(cè)角方法能應(yīng)用于實(shí)際工作，利用這確的測(cè)角方法能應(yīng)用于實(shí)際工作，利用這一現(xiàn)象來測(cè)量角度的裝置，叫做環(huán)形激光一現(xiàn)象來測(cè)量角度的裝置，叫做環(huán)形激光器。器。 2 2環(huán)形激光的測(cè)角原理：環(huán)形激光的測(cè)角原理： 環(huán)形激光是由塞納克環(huán)形激光是由塞納克SagnacSagnac環(huán)形干涉環(huán)形干涉儀演變而來的。根據(jù)塞納克環(huán)形圓形干涉儀演變而來的。根據(jù)塞納克環(huán)形圓形干涉儀的實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)可知，反映反向兩光束光儀的實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)可知，反映反向兩光束光程差的頻差程差的頻差ff與環(huán)形光路旋轉(zhuǎn)速度與環(huán)形光路旋轉(zhuǎn)速度之間有如之間有如下關(guān)系：下關(guān)系： f=4A/Lf=4A/L 式中：式中： A A 環(huán)形光路所包圍的面積；環(huán)形光路所包圍的面積； LL光程長(zhǎng)度；光程長(zhǎng)度； 光波波長(zhǎng)。光波波長(zhǎng)。 對(duì)一定的環(huán)形激光器，對(duì)一定的環(huán)形激光器，A A、L L及及均為常數(shù)，均為常數(shù)，故故ff與與成正比。成正比。是在時(shí)間是在時(shí)間t2-t1t2-t1內(nèi)環(huán)形激光器相