檢測與轉換第7章

1、信息與電氣工程學院第七章 位移一數(shù)字傳感器第一節(jié)角度數(shù)字編碼器第二節(jié)光柵與電子細分第三節(jié)感應同步器信息與電氣工程學院第七章 位移一數(shù)字傳感器位移-數(shù)字傳感器主要測量軸的旋轉角度位置、速度變化和直線位移等。旋轉編碼器(脈沖編碼器)光柵位移傳感器磁柵位移傳感器容柵位移傳感器信息與電氣工程學院第七章 位移一數(shù)字傳感器位移-數(shù)字傳感器有如下共同特點：（1）能借助于微電子技術，達到足夠高的精度，沒有人 為的讀數(shù)誤差；（2）易于實現(xiàn)系統(tǒng)的快速、自動和數(shù)字化；（3）測量系統(tǒng)量限大，長度可達數(shù)米甚至更長；角度可 在3600范圍內(nèi)進行測量；（4）測量系統(tǒng)安裝方便，使用、維護簡單，工作可靠性 好。信息與電氣工程學

2、院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器一 、脈沖盤式-數(shù)字編碼器又稱增量編碼器，主要結構如圖所示。 主信號窗口（兩個） 用來產(chǎn)生角度分割的脈沖信號，可以獲得0和90二相的主信號輸出，可從二相主信號的關系中識別旋轉軸的旋轉方向。 零信號窗口 用于錯誤計數(shù)的檢測和作為機械系統(tǒng)的原點使用。信息與電氣工程學院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器 由于通光窗口的面積隨編碼盤的旋轉而變化，光敏三極管接收到的光通量也不斷地變化，光敏三極管輸出如下圖a所示的波形。該波形經(jīng)整形和處理后，得到如下圖b、下圖c所示波形。如果對輸出的脈沖信號進行計數(shù)，便可測得旋轉軸的的位移。信息與電氣工程學院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器 辨向環(huán)節(jié)的邏輯電路框圖信息與

3、電氣工程學院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器二、碼盤式角度-數(shù)字編碼器碼盤式角度-數(shù)字編碼器是按角度直接進行編碼的傳感器，通常裝在檢測軸上。按其結構可把它分為接觸式、光電式、電磁式幾種。信息與電氣工程學院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器二進制碼盤接觸式四位二進制碼盤，涂黑部分是導電區(qū)，所有導電部分連在一起接高電位。空白部分代表絕緣區(qū)。在每圈碼道上都有一個電刷，電刷經(jīng)電阻接地。若采用n位碼盤，其能分辨的角度為： 二進制碼盤特點：簡單；碼盤的制作和電刷（或光電元件）的安裝要求十分嚴格，否則就會出錯。信息與電氣工程學院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器為了消除非單值性誤差，可采用兩種方法： 1）采用雙電刷，在工藝上和電路上復雜，少

4、采用。 2）采用循環(huán)碼代替二進制碼，產(chǎn)生的誤差最多也只是一位數(shù)。信息與電氣工程學院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器由于循環(huán)碼的各位沒有固定的權，因此需要把它轉換成二進制碼，轉換法則：將二進制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數(shù)碼作不進位加法，所得結果即循環(huán)碼： 接觸式碼盤的優(yōu)點：簡單、體積小、輸出信號功率大。缺點：有磨損、壽命短、轉速不能太高(每分鐘幾十轉以內(nèi))。四位循環(huán)碼盤六位循環(huán)碼盤信息與電氣工程學院第一節(jié)角度-數(shù)字編碼器 角度編碼器的應用定位加工測量電動機轉速信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分一、光柵、莫爾條紋及光柵測量裝置（一）光柵測量的基本原理（）光柵，即光柵尺。信息與電氣工程學院第二節(jié)

5、光柵與電子細分（）莫爾條紋 當指示光柵上的線紋和標尺光柵上的線紋之間形成一個小角度，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋”。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分（1）莫爾條紋的移動量、移動方向與光柵尺的位移量，位移方向具有對應關系。（2）莫爾條紋間距對光柵柵距具有放大作用。（二）莫爾條紋的轉換特點信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分（3）莫爾條紋對光柵柵距局部誤差具有消差作用。在光柵測量中，光電元件接收的是一個區(qū)域內(nèi)所含眾多的柵線所形成的莫爾條紋，如果在這個區(qū)域個別光柵線存在問題，對整個莫爾條紋的位置和形狀的

6、影響微小。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分（三）光柵測量裝置、光柵光學系統(tǒng)、光柵讀數(shù)頭 1光柵測量裝置 利用光柵原理對輸入量（位移量）進行轉換、顯示的整個測量裝置。包括：光柵光學系統(tǒng)；實現(xiàn)細分、辨向和顯示等功能的電子系統(tǒng)；相應的機械結構。 2光柵光學系統(tǒng) 光柵光學系統(tǒng)是指形成莫爾條紋和拾取莫爾條紋信號的光學系統(tǒng)及其光電接收元件。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分 光柵光學系統(tǒng)1光源 2聚光鏡 3標尺光柵 4指示光柵 5光電接收元件 （1）照明系統(tǒng)。（2）光柵副。（3）光電接收系統(tǒng)。（4）光欄。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分（四）光柵測量的特點及應用現(xiàn)狀1光柵測量的特點（

7、1）高精度；（2）高分辨率、大量程；（3）抗干擾能力強；（4）價格較高，其成本比感應同步器、磁柵測量裝 置高。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分（1）長度與角度的精密測量；2光柵測量的應用范圍切臺信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分（2）應用于數(shù)控機床中；618磨床 鏜床 銑床 （3）其它方面?？捎糜跍y量振動、應力和應變等。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分二、光柵光學系統(tǒng)根據(jù)形成莫爾條紋時相互起作用的光柵尺的數(shù)目而將光柵系統(tǒng)劃分為： 1）單光柵光學系統(tǒng)； 2）雙光柵光學系統(tǒng)； 3）三光柵光學系統(tǒng)。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分 直接接收式雙光柵光學系統(tǒng)，垂直入射式系

8、統(tǒng)或直讀式系統(tǒng)，結構簡單、緊湊、調(diào)整使用方便。對于柵距較大的光柵，多數(shù)采用這一光學系統(tǒng)。四相型光學系統(tǒng)14硅光電池發(fā)出四路相位相差900信號信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分在數(shù)控機床中，近來還發(fā)明一種適用于一般精度的小型直讀式系統(tǒng)，簡單緊湊、體積小，便于安裝。 小型直讀式系統(tǒng)1發(fā)光二極管 2標尺光柵 3指示光柵 4光電二極管 信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分三、電子細分莫爾條紋電子細分法從頻率角度看，信號的重復頻率提高了，又稱倍頻。 由于細分是在信號一個周期內(nèi)插進許多個計數(shù)脈沖，所以也把細分叫內(nèi)插或插補。 完成細分的電路裝置又叫插補器，一般稱細分電路。1）直接細分（位置細分）；

9、2）電位器橋（電阻鏈細分）細分。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分1四倍頻直接細分在通常情況下，光柵移過一個柵距，莫爾條紋變化一個周期。由于光柵副是一個諧波發(fā)生器，因而用位置四細分法可獲得四路信號。一種四細分邏輯圖VL1-VL4:光電元件；NA1-NA4:放大器 鑒零器用來鑒取莫爾條紋信號的零值，獲得與輸入信號過零點相對應的方波。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分1四倍頻直接細分 可逆計數(shù)的加計數(shù)脈沖Q+、減計數(shù)脈沖Q-和主計數(shù)脈沖Q： 四倍領細分線路簡單，對信號無嚴格要求，又可實現(xiàn)可逆計數(shù)和動、靜態(tài)測量，廣泛應用于一般數(shù)控機床的要求。信息與電氣工程學院第二節(jié) 光柵與電子細分2電位器橋（電阻鏈）細分將由位置細分得到的四個相位差900的交流信號 ，在0360之間欲細分成n等分，n應為4的整數(shù)倍。電位橋細分原理圖 信息與電氣工程學