12-13 數(shù)字式傳感器(1c) 1

1、2021-6-131 2021-6-132 第第13章章 數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器 光柵光柵 莫爾條紋莫爾條紋 辨向原理辨向原理 直接編碼器直接編碼器 碼制碼制 碼制轉(zhuǎn)換碼制轉(zhuǎn)換 增量編碼器增量編碼器 工作原理工作原理 頻率式傳感器頻率式傳感器 工作原理工作原理 石英晶體諧振式傳感器石英晶體諧振式傳感器 今今 日日 要要 點(diǎn)點(diǎn) 2021-6-133 第第13章章 數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器 將被測模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出的傳感器。將被測模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出的傳感器。 測量精度和分辨率更高測量精度和分辨率更高 抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好 測量范圍大測量范圍大 易于與計算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)智能

2、化易于與計算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)智能化 便于傳輸、存儲和信號處理便于傳輸、存儲和信號處理 電路便于集成化電路便于集成化 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 2021-6-134 數(shù)字傳感器的三大類數(shù)字傳感器的三大類 以脈沖形式輸出，如光柵以脈沖形式輸出，如光柵, ,磁柵等磁柵等 直接以數(shù)字量形式輸出，如直接編碼器直接以數(shù)字量形式輸出，如直接編碼器 以頻率形式輸出以頻率形式輸出 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 pa d e h i m l 數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器 2021-6-135 13.1 光柵光柵 是上面有很多等節(jié)距的刻線均勻相間是上面有很多等節(jié)距的刻線均勻相間 排列的光器件排列的光器件 物理光柵：利用光的衍射現(xiàn)象物理

3、光柵：利用光的衍射現(xiàn)象 計量光柵：利用光柵的莫爾條紋計量光柵：利用光柵的莫爾條紋 應(yīng)用應(yīng)用：長度、角度的精密測量長度、角度的精密測量 一、光柵一、光柵 1、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和基本原理、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和基本原理 主要有主光柵、指示光柵和光路系統(tǒng)主要有主光柵、指示光柵和光路系統(tǒng) 2021-6-136 被被 測測 物物 莫爾莫爾 條紋條紋 移動移動 正弦正弦 波電波電 壓壓 脈脈 沖沖 輸輸 出出 方方 波波 位位 移移 x x 光柵光柵 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 光電元光電元 件轉(zhuǎn)移件轉(zhuǎn)移 整形整形 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換邏輯電邏輯電 壓轉(zhuǎn)換壓轉(zhuǎn)換 柵距柵距* *脈沖數(shù)脈沖數(shù) 2021-6-137 在指示光柵和標(biāo)尺光柵在指示

4、光柵和標(biāo)尺光柵(動光柵動光柵)上刻有等間上刻有等間 距條紋，刻線密度為距條紋，刻線密度為10條條/mm、25條條/mm、50條條 /mm、100條條/mm。 2、莫爾條紋的形成與特點(diǎn)、莫爾條紋的形成與特點(diǎn) 將主光柵與指示相對疊合在一起，使兩者光將主光柵與指示相對疊合在一起，使兩者光 柵線保持很小的角度，于是在近乎垂直柵線的方柵線保持很小的角度，于是在近乎垂直柵線的方 向上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，即莫爾條紋。向上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，即莫爾條紋。 13.1 光柵光柵 2021-6-138 莫爾條紋的形成莫爾條紋的形成 W B 2sin 2 W B 例如：例如：10 B344W則則 W W B 20

5、21-6-139 莫爾條紋具有以下主要特點(diǎn)：莫爾條紋具有以下主要特點(diǎn)： （1）移動方向：）移動方向： 指示光柵不動，主光柵向右移動，莫爾條紋向下指示光柵不動，主光柵向右移動，莫爾條紋向下 若主光柵左移，則莫爾條紋向上移動，指示光柵若主光柵左移，則莫爾條紋向上移動，指示光柵 相對于主光柵形成一個順時針方向夾角相對于主光柵形成一個順時針方向夾角 （2）移動距離：）移動距離： 主光柵沿柵線垂直方向移動一個光柵柵距主光柵沿柵線垂直方向移動一個光柵柵距W 時，時， 莫爾條紋正好移動一個間距莫爾條紋正好移動一個間距B。 很小時：很小時：BW時，莫爾條紋具有放大作用時，莫爾條紋具有放大作用 （3）平均效應(yīng)：

6、）平均效應(yīng)： 莫爾條紋具有減少光柵柵距局部誤差的作用。莫爾條紋具有減少光柵柵距局部誤差的作用。 2021-6-1310 光電轉(zhuǎn)換電壓與光柵位置的關(guān)系光電轉(zhuǎn)換電壓與光柵位置的關(guān)系 u u0 0 W/2W 理論上輸出理論上輸出 三角波三角波 U Uav av 實(shí)際波形可近實(shí)際波形可近 似描述為：似描述為： 0avm 2 uUU cos(x) W 13.1 光柵光柵 2021-6-1311 2021-6-1312 光柵尺技術(shù)參數(shù)光柵尺技術(shù)參數(shù) 機(jī)、電特性機(jī)、電特性 范范 圍圍 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度2m,3m,5m 分辨力分辨力 5m（正弦波）（正弦波）,0.1m,0.2m,0.5m, 1m（電子細(xì)分，最高到（電子細(xì)分，最高到50倍）倍） 測量長度測量長度 701020mm（每（每50mm一檔），一檔）， 11401840mm（每（每100mm一檔），一檔）， 20403040mm（每（每100mm一檔）一檔） 測量速度測量速度60M/分鐘分鐘 衍射（衍射（Diffraction） n波在傳播過程中經(jīng)過障礙物波在傳播過程中經(jīng)過障礙物 邊緣或孔隙時所發(fā)生的傳播邊緣或孔隙時所發(fā)生的傳播 方向彎曲現(xiàn)象?？紫对叫?，方向彎曲現(xiàn)象?？紫对叫。?波長越大，這種現(xiàn)象就越顯波長越大，這種現(xiàn)象就越顯 著。大氣中的華和寶光等都著。大氣中的華和寶光等都 是衍射現(xiàn)象。是衍射現(xiàn)象。 n衍射又