測試第4章數(shù)字傳感器(清華版)2015

1、測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） .數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器 數(shù)字傳感器的特點(diǎn)：數(shù)字傳感器的特點(diǎn)： 輸出為編碼、數(shù)字或脈沖。輸出為編碼、數(shù)字或脈沖。 具有高的測量精度和分辨力，讀數(shù)直觀精確。具有高的測量精度和分辨力，讀數(shù)直觀精確。 測量行程范圍大，直線位移可達(dá)數(shù)米。測量行程范圍大，直線位移可達(dá)數(shù)米。 易于實(shí)現(xiàn)高速動態(tài)測量。易于實(shí)現(xiàn)高速動態(tài)測量。 采用高電平數(shù)字信號時，對外部干擾（噪音）的抑制采用高電平數(shù)字信號時，對外部干擾（噪音）的抑制 能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。 標(biāo)準(zhǔn)接口，安裝方便，使用維護(hù)簡單，工作可靠性強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)接口，安裝方便，使用維護(hù)簡單，工作可靠性強(qiáng)。 光柵傳感器感應(yīng)同步器 碼盤碼盤

2、 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 一、一、 碼盤碼盤 1、構(gòu)成：分為機(jī)械式、光電式、磁電式。由金屬或玻璃圓、構(gòu)成：分為機(jī)械式、光電式、磁電式。由金屬或玻璃圓 盤構(gòu)成。圓盤上分布若干個同心圓和扇區(qū)，用以定位角度盤構(gòu)成。圓盤上分布若干個同心圓和扇區(qū)，用以定位角度, 實(shí)現(xiàn)角度或角位移的測量。實(shí)現(xiàn)角度或角位移的測量。 刻劃精度刻劃精度0.5um 線條線條 1um 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） 2、基本工作原理、基本工作原理 圓盤被分成圓盤被分成 N N個碼道（同心圓），個碼道（同心圓），2 2n n個扇區(qū)個扇區(qū) （等分角度）。（等分角度）。 扇區(qū)與碼道的重合的區(qū)域

3、位置按扇區(qū)與碼道的重合的區(qū)域位置按 2 2進(jìn)制編碼進(jìn)制編碼 或其他方式（循環(huán)碼也叫格雷碼）編碼?；蚱渌绞剑ㄑh(huán)碼也叫格雷碼）編碼。 外碼道為外碼道為2 2進(jìn)制編碼低位，內(nèi)碼道為高位。進(jìn)制編碼低位，內(nèi)碼道為高位。 角度分辨力為角度分辨力為 0 360 2n 每個碼道安裝一個敏感元件，實(shí)時讀出碼盤位置編碼。每個碼道安裝一個敏感元件，實(shí)時讀出碼盤位置編碼。 應(yīng)用：角位置測量，用于機(jī)器人的腕關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的角位置測量等。應(yīng)用：角位置測量，用于機(jī)器人的腕關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的角位置測量等。 典型應(yīng)用于凸輪軸測量上。典型應(yīng)用于凸輪軸測量上。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） 十進(jìn)制數(shù) 自然二進(jìn)

4、制 數(shù) 格雷碼 000000000 100010001 200100011 300110010 401000110 501010111 601100101 701110100 810001100 910011101 1010101111 1110111110 1211001010 1311011011 1411101001 1511111000 為了減少角位置變化時產(chǎn)生讀為了減少角位置變化時產(chǎn)生讀 數(shù)錯誤，碼盤的編碼方式也可以采數(shù)錯誤，碼盤的編碼方式也可以采 用格雷碼。格雷碼與二進(jìn)制編碼的用格雷碼。格雷碼與二進(jìn)制編碼的 區(qū)別是相鄰兩個十進(jìn)制數(shù)的編碼只區(qū)別是相鄰兩個十進(jìn)制數(shù)的編碼只 有一位發(fā)生變

5、化。因此有一位發(fā)生變化。因此格雷碼也叫格雷碼也叫 循環(huán)碼。循環(huán)碼。 二進(jìn)制編碼變?yōu)楦窭状a的公式：二進(jìn)制編碼變?yōu)楦窭状a的公式： G Gn-1 n-1=B =Bn-1 n-1 G Gi i=B=Bi iB Bi-1 i-1 表示不進(jìn)位加。表示不進(jìn)位加。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） 二、二、 光柵光柵 、光柵傳感器的構(gòu)成及原理、光柵傳感器的構(gòu)成及原理 ( () )光柵的構(gòu)成：光柵的構(gòu)成： 透射光柵：通常是由在表面上按一定間透射光柵：通常是由在表面上按一定間 隔制成隔制成透光和不透光透光和不透光的條紋的玻璃構(gòu)成。的條紋的玻璃構(gòu)成。 反射光柵：在金屬光潔的表面上按一定反射光柵：在金

6、屬光潔的表面上按一定 間隔制成間隔制成全反射和漫反射全反射和漫反射的條紋。的條紋。 利用光柵的一些特點(diǎn)可進(jìn)行線位移和角利用光柵的一些特點(diǎn)可進(jìn)行線位移和角 位移的測量。測量線位移的光柵為矩形位移的測量。測量線位移的光柵為矩形 并隨被測長度增加而加長，稱之為長光并隨被測長度增加而加長，稱之為長光 柵；而測量角位移的光柵為圓形，稱之柵；而測量角位移的光柵為圓形，稱之 為圓光柵。為圓光柵。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） ()柵距：柵距： 光柵的柵距，光柵的柵距，a、b分別為透光和不透光條紋的寬度，分別為透光和不透光條紋的寬度， 通常通常a=b；光柵的精度越高，柵距；光柵的精度越高，

7、柵距W就越??；一般柵距可由刻線密度算就越小；一般柵距可由刻線密度算 出，刻線密度為出，刻線密度為25，50，100，250條條/mm。 當(dāng)兩塊光柵成一定角度互相重疊，可形成莫爾條紋當(dāng)兩塊光柵成一定角度互相重疊，可形成莫爾條紋。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） （）（）莫爾條紋現(xiàn)象莫爾條紋現(xiàn)象 當(dāng)兩塊光柵互相靠近且沿刻線方向保持有一個夾角時，兩塊光當(dāng)兩塊光柵互相靠近且沿刻線方向保持有一個夾角時，兩塊光 柵的暗條與亮條重合的地方，形成一條暗帶，使光線透不過去；而柵的暗條與亮條重合的地方，形成一條暗帶，使光線透不過去；而 亮條與亮條重合的地方，形成一條亮帶，亮條與亮條重合的地方，形

8、成一條亮帶， 部分光線得以通過。這部分光線得以通過。這 種亮帶與暗帶形成的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋的寬度種亮帶與暗帶形成的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋的寬度 B B，是指，是指 兩塊光柵刻線構(gòu)成的菱形對角線。兩塊光柵刻線構(gòu)成的菱形對角線。 根據(jù)幾何圖形，莫爾條紋的寬度可根據(jù)幾何圖形，莫爾條紋的寬度可 按下式計算：按下式計算： 設(shè)設(shè)a=b=W/2， 則則 (W/2)/B=sin(/2)， 所以，所以，B=W/(2sin(/2)， 當(dāng)當(dāng)很小時，很小時，sin(/2)= /2， 故有：故有：B=W/， 稱作莫爾條紋的寬度，稱作莫爾條紋的寬度， 又稱為又稱為節(jié)距節(jié)距。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲

9、?。〝?shù)字傳感器） （）莫爾條紋的特點(diǎn)（）莫爾條紋的特點(diǎn) 平均效應(yīng)平均效應(yīng)：莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成，對光柵的刻：莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成，對光柵的刻 線誤差有平均作用。線誤差有平均作用。 對應(yīng)關(guān)系對應(yīng)關(guān)系：莫爾條紋近似與刻線垂直，當(dāng)夾角：莫爾條紋近似與刻線垂直，當(dāng)夾角固定后，固定后，兩光柵相兩光柵相 對左右移動一個柵距對左右移動一個柵距W時，莫爾條紋上下或下上移動一個節(jié)距時，莫爾條紋上下或下上移動一個節(jié)距B，因，因 此，可以通過檢測莫爾條紋的移動條數(shù)和方向來判斷兩光柵相對位此，可以通過檢測莫爾條紋的移動條數(shù)和方向來判斷兩光柵相對位 移的大小和方向。移的大小和方向。 放大作用

10、放大作用：由公式：由公式B=W/可知，當(dāng)可知，當(dāng)W一定，而一定，而較小時較小時(可使可使W。 如：長光柵在一毫米內(nèi)刻線為如：長光柵在一毫米內(nèi)刻線為100條，條， =0.5=0.5/180*3.14=0.009弧度，則弧度，則 B=0.01/0.0091mm，放大，放大100倍。倍。 若若=0，則不產(chǎn)生莫爾條紋，這時光線忽明忽暗，稱作光閘效應(yīng)，則不產(chǎn)生莫爾條紋，這時光線忽明忽暗，稱作光閘效應(yīng)。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） （）光柵傳感器的結(jié)構(gòu)（）光柵傳感器的結(jié)構(gòu) 光柵傳感器結(jié)構(gòu)為；光柵傳感器結(jié)構(gòu)為； 光源光源標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵指示光指示光 柵柵光電元件。光電元件。 對于線位移

11、測量，兩對于線位移測量，兩 塊光柵長短不等，塊光柵長短不等，長的隨長的隨 運(yùn)動部件移動，稱為標(biāo)尺運(yùn)動部件移動，稱為標(biāo)尺 光柵，短的固定安放，稱光柵，短的固定安放，稱 指示光柵；指示光柵； 而測量角位移時，一而測量角位移時，一 塊圓光柵固定，另一塊隨塊圓光柵固定，另一塊隨 轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)動。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 長光柵光柵結(jié)構(gòu)：長光柵光柵結(jié)構(gòu)： 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 圓光柵光柵結(jié)構(gòu)：圓光柵光柵結(jié)構(gòu)： 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 、光柵位移數(shù)字轉(zhuǎn)換光柵位移數(shù)字轉(zhuǎn)換的基本原理的基本原理 （）光柵傳感器輸出信號波

12、形（）光柵傳感器輸出信號波形 當(dāng)光柵相對位移一個柵距時，莫爾條紋移動一個條當(dāng)光柵相對位移一個柵距時，莫爾條紋移動一個條 紋寬度，相應(yīng)照射在光電池上的光強(qiáng)度發(fā)生一個周紋寬度，相應(yīng)照射在光電池上的光強(qiáng)度發(fā)生一個周 期的變化，使輸出電信號周期變化。期的變化，使輸出電信號周期變化。 輸出信號輸出信號 0mCOS(2/w)X 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 輸出信號輸出信號 0mCOS(2/w)X 式中，式中，2/W2/W為空間角頻率，為空間角頻率，W W為柵距（信號周期），為柵距（信號周期）， X X為位移。為位移。 由此可知，只要計算輸出電壓的由此可知，只要計算輸出電壓的周期數(shù)，便

13、可測出位移量周期數(shù)，便可測出位移量。從而實(shí)。從而實(shí) 現(xiàn)了現(xiàn)了位移量向電量位移量向電量的轉(zhuǎn)換。在一個周期內(nèi)，的轉(zhuǎn)換。在一個周期內(nèi)，V V的變化是位移在一個柵距內(nèi)的變化是位移在一個柵距內(nèi) 變化的余弦函數(shù)，每一周期對應(yīng)一個柵距。變化的余弦函數(shù)，每一周期對應(yīng)一個柵距。 但是如果只用一個光電元件，其輸出信號還存在兩個問題：但是如果只用一個光電元件，其輸出信號還存在兩個問題： 辨向問題辨向問題：用一個光電元件元法辨別運(yùn)動方向；：用一個光電元件元法辨別運(yùn)動方向； 精度低精度低；分辨力只為一個柵距；分辨力只為一個柵距W。 怎么解決這兩個問題呢？怎么解決這兩個問題呢？ 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳

14、感器） （）辨向原理：用兩個光電元件（）辨向原理：用兩個光電元件相距相距B/4安裝安裝（相當(dāng)于相差（相當(dāng)于相差90空空 間角），當(dāng)間角），當(dāng)運(yùn)動方向發(fā)生變化時，通過兩個信號的相位差運(yùn)動方向發(fā)生變化時，通過兩個信號的相位差反映出來。反映出來。 當(dāng)條紋上移時，當(dāng)條紋上移時，V2落后于落后于V190。 當(dāng)條紋下移時，當(dāng)條紋下移時，V2超前于超前于V190。 因此，由因此，由V1、V2之間的相位關(guān)系可以判別之間的相位關(guān)系可以判別 運(yùn)動方向。運(yùn)動方向。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 1 2 3 4 正向脈沖 反向脈沖 H1 H2 差動放大 差動放大 整形 整形 微分 微分 微分 微分

15、 （sin） （cos） Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 ()細(xì)分技術(shù)（解決精度問題）細(xì)分技術(shù)（解決精度問題） 四倍頻辨相電路四倍頻辨相電路 硅光電池 反向 反向 A B C D A C B D 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 圖中四個光電元件間隔圖中四個光電元件間隔B/4安裝，安裝，1，3，2，4分別接入兩個差分分別接入兩個差分 放大器用以消除共模干擾，這樣可以得到放大器用以消除共模干擾，這樣可以得到兩個相差兩個相差90度的信號度的信號sin和和cos， 經(jīng)整型等到方波信號經(jīng)整型等到方波信號，再反相得到，再反相得到A,B,C,D四路方波信號，將四路方波四路方

16、波信號，將四路方波 信號再微分，信號再微分， 得到四個脈沖得到四個脈沖 。 ,A B C D 當(dāng)正向運(yùn)動時，由正向上升沿微分得到正向脈沖，經(jīng)邏輯列輸出；當(dāng)正向運(yùn)動時，由正向上升沿微分得到正向脈沖，經(jīng)邏輯列輸出； 反之亦然。一種方法，可在一個周期內(nèi)輸出四個脈沖，所以又稱之為四反之亦然。一種方法，可在一個周期內(nèi)輸出四個脈沖，所以又稱之為四 倍頻電路，其分辨率提高四倍。倍頻電路，其分辨率提高四倍。 當(dāng)光柵刻線為當(dāng)光柵刻線為100線線/mm時，時，w =10um，分辨力提高為，分辨力提高為2.5um，即，即 脈沖當(dāng)量為脈沖當(dāng)量為2.5um。當(dāng)。當(dāng)w=0.004um（250線線/mm）,其分辨力可為其分

17、辨力可為1um。 進(jìn)行邏輯組合，可由兩個輸出端進(jìn)行邏輯組合，可由兩個輸出端 輸出正向位移脈沖信號和反向位移脈沖信號輸出正向位移脈沖信號和反向位移脈沖信號 。 將將A,B,C,D與與,A B C D 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） 光柵傳感器應(yīng)用光柵傳感器應(yīng)用 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 三、感應(yīng)同步器三、感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器也是一種用來測量也是一種用來測量位移量的數(shù)字式傳感器位移量的數(shù)字式傳感器，他的工作，他的工作 原理原理與變壓器的工作原理與變壓器的工作原理類似。類似。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） 、感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)、

18、感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 感應(yīng)同步器由兩個平面形印刷繞組組成，兩個繞組相當(dāng)于變壓器的兩個線圈。感應(yīng)同步器由兩個平面形印刷繞組組成，兩個繞組相當(dāng)于變壓器的兩個線圈。 感應(yīng)同步器分為：感應(yīng)同步器分為： 直線感應(yīng)同步器，用來測量位移，兩個繞組分為定尺繞組和滑尺繞組。直線感應(yīng)同步器，用來測量位移，兩個繞組分為定尺繞組和滑尺繞組。 圓感應(yīng)同步器，用來測量角位移。兩個繞組分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。圓感應(yīng)同步器，用來測量角位移。兩個繞組分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。 定尺（長尺）的繞組為連續(xù)繞組，相當(dāng)于變壓器的副邊，用于輸出與位移有關(guān)定尺（長尺）的繞組為連續(xù)繞組，相當(dāng)于變壓器的副邊，用于輸出與位移有關(guān) 的信號?；撸ǘ坛撸?/p>

19、的繞組為分段繞組（又稱為正，余弦繞組），工作時輸入的信號。滑尺（短尺）的繞組為分段繞組（又稱為正，余弦繞組），工作時輸入 激磁電壓，用以產(chǎn)生交變磁場。激磁電壓，用以產(chǎn)生交變磁場。 定尺滑尺定尺滑尺 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 直線感應(yīng)同步器定滑尺直線感應(yīng)同步器定滑尺 通用型前置放大器，激磁匹配器通用型前置放大器，激磁匹配器 感應(yīng)同步器數(shù)顯表感應(yīng)同步器數(shù)顯表 園感應(yīng)同步器定滑尺園感應(yīng)同步器定滑尺 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 1222 11 () 2424 kk lwww 2 k 當(dāng)定尺和滑尺相對當(dāng)定尺和滑尺相對產(chǎn)生位移產(chǎn)生位移時，兩繞組間的耦合狀態(tài)發(fā)生

20、變化，這時，時，兩繞組間的耦合狀態(tài)發(fā)生變化，這時， 在定尺上感應(yīng)出一個與位移有關(guān)的電壓信號在定尺上感應(yīng)出一個與位移有關(guān)的電壓信號，由此可以測定位移量的大小。，由此可以測定位移量的大小。 定尺繞組的定尺繞組的節(jié)距為節(jié)距為w2=2(a2+b2),相當(dāng)于空間角相當(dāng)于空間角2。 滑尺兩繞組（正弦繞組，余弦繞組）的距離滑尺兩繞組（正弦繞組，余弦繞組）的距離: k為整數(shù)為整數(shù),在這里在這里w2相當(dāng)于一個周期相當(dāng)于一個周期2 ll1 1的空間相位相當(dāng)于的空間相位相當(dāng)于 定尺正弦繞組定尺正弦繞組 滑尺余弦繞組滑尺余弦繞組 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 、工作原理、工作原理 以直線感應(yīng)同步器

21、為例以直線感應(yīng)同步器為例，當(dāng)兩繞組位置相對固定時，滑尺繞組中當(dāng)兩繞組位置相對固定時，滑尺繞組中 的激磁電流使的激磁電流使定尺繞組中產(chǎn)生一個感應(yīng)電勢定尺繞組中產(chǎn)生一個感應(yīng)電勢，其大小為：，其大小為： di EM dt M為互感系數(shù)為互感系數(shù) 如果假設(shè)如果假設(shè)繞組的自感系數(shù)很小繞組的自感系數(shù)很小，則滑尺激磁繞組可假設(shè)為純電阻，則滑尺激磁繞組可假設(shè)為純電阻， 則激磁電流為：則激磁電流為： V i R M dvdv Ek R dtdt ,所以有所以有K稱為電磁耦合系數(shù)稱為電磁耦合系數(shù) 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） A B C D E 正弦繞組激磁下的定尺輸出正弦繞組激磁下的定尺輸出

22、 A B C D E l滑尺位于滑尺位于A點(diǎn)：這時兩繞組完全重合，點(diǎn)：這時兩繞組完全重合， 通過定尺的耦合磁通最大，這時定尺繞通過定尺的耦合磁通最大，這時定尺繞 組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢最大。組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢最大。 l滑尺移至滑尺移至B點(diǎn)：滑尺跨在定尺的兩側(cè)，點(diǎn)：滑尺跨在定尺的兩側(cè)， 定尺中的感應(yīng)電勢相互抵消為零。定尺中的感應(yīng)電勢相互抵消為零。 l滑尺位于滑尺位于C點(diǎn)：滑尺與定尺重合，但感點(diǎn)：滑尺與定尺重合，但感 應(yīng)電勢方向與應(yīng)電勢方向與A點(diǎn)相反，達(dá)到反方向最點(diǎn)相反，達(dá)到反方向最 大。大。 lD點(diǎn)：定尺中感應(yīng)電勢為零。點(diǎn)：定尺中感應(yīng)電勢為零。 lE點(diǎn)：感應(yīng)電勢又變?yōu)樽畲?，輸出變化點(diǎn)：感應(yīng)電勢又變?yōu)?/p>

23、最大，輸出變化 一周期。一周期。 余弦繞組激磁下的定尺輸出余弦繞組激磁下的定尺輸出 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） cos s S dv EK dt 2 2 x W 因此，對于正弦繞組激磁而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的大小為：因此，對于正弦繞組激磁而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的大小為： cos為位置系數(shù)，為位置系數(shù)， sin c C dv EK dt 同理，可推出對于余弦繞組激磁而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為：同理，可推出對于余弦繞組激磁而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為： 而總電勢為：而總電勢為：(cossin) sc SC dvdv EEEK dtdt 這里討論是在理想情況下近似的，實(shí)際的輸出中還存在有其它高次諧波這里討論

24、是在理想情況下近似的，實(shí)際的輸出中還存在有其它高次諧波 及干擾。及干擾。 一般情況下，一般情況下，激磁電壓激磁電壓，感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢；但激磁電壓；但激磁電壓，電流，電流 i 增大，太增大，太 大引起發(fā)熱，甚至不能正常工作。大引起發(fā)熱，甚至不能正常工作。V=12V。 所以，所以，定尺輸出為一余弦波。同理，余弦繞組激磁時，定尺輸出定尺輸出為一余弦波。同理，余弦繞組激磁時，定尺輸出 為反向正弦波。為反向正弦波。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） 感應(yīng)同步器的工作方式感應(yīng)同步器的工作方式 感應(yīng)同步器工作方式通常分為感應(yīng)同步器工作方式通常分為鑒相型工作方式和鑒幅型工作方式鑒相型工作方式

25、和鑒幅型工作方式， 分別根據(jù)分別根據(jù)定尺輸出的相位或幅值變化測量位移。定尺輸出的相位或幅值變化測量位移。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） （）（）鑒相型鑒相型工作方式工作方式通過通過輸出電壓相位變化輸出電壓相位變化來測量位移。來測量位移。 激磁方式：對滑尺的正余弦繞組分別供以幅值、頻率相同，但相位相差激磁方式：對滑尺的正余弦繞組分別供以幅值、頻率相同，但相位相差90的交的交 流信號。流信號。 sin cos Sm Cm VVt VVt 這時 coscoscos sinsinsin s Sm c Cm dv EkkVt dt dv EkkVt dt 總電勢為：總電勢為： (co

26、scossinsin) 2 cos()cos() SCm mm EEEk Vtt k Vtk Vtx W 這相當(dāng)于這相當(dāng)于一個相位調(diào)制波一個相位調(diào)制波，當(dāng)位移當(dāng)位移X發(fā)生變化時，輸出信號的相位發(fā)生變化時，輸出信號的相位 發(fā)生變化。發(fā)生變化。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 由上述討論可知，輸出信號的幅值與激磁電壓（相當(dāng)于載波）的頻率有由上述討論可知，輸出信號的幅值與激磁電壓（相當(dāng)于載波）的頻率有 關(guān)。激磁頻率越高，輸出幅值越大，關(guān)。激磁頻率越高，輸出幅值越大，輸出幅值輸出幅值測量速度測量速度，且可，且可 使測量速度提高。使測量速度提高。若激磁頻率過高，則導(dǎo)致感抗增加，容抗減小

27、，使測若激磁頻率過高，則導(dǎo)致感抗增加，容抗減小，使測 量精度下降。量精度下降。 從上面討論還可以看出，在一個節(jié)距從上面討論還可以看出，在一個節(jié)距 W 內(nèi)，感應(yīng)輸出電壓的相位內(nèi)，感應(yīng)輸出電壓的相位與與 滑尺和定尺間位移滑尺和定尺間位移x相對應(yīng)，每當(dāng)位移變化一個節(jié)距，相對應(yīng)，每當(dāng)位移變化一個節(jié)距，變化變化2角度，輸角度，輸 出信號的相位變化一個周期，可以將周期信號整形為方波，再形成計數(shù)出信號的相位變化一個周期，可以將周期信號整形為方波，再形成計數(shù) 脈沖，采用累加計數(shù)的算法求總的位移量。脈沖，采用累加計數(shù)的算法求總的位移量。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 四，感應(yīng)同步器位移數(shù)字測

28、量系統(tǒng)。四，感應(yīng)同步器位移數(shù)字測量系統(tǒng)。 時鐘脈沖 發(fā)生器 絕對相位 基準(zhǔn) （分頻器） 相對相位基準(zhǔn) （脈沖移相器） 絕對零點(diǎn) 顯示 可逆計數(shù)器譯碼.顯示 鑒相器 門電路 90度移相 功放 功放 放大.濾波 整形 滑尺 定尺1.鑒相型測量系統(tǒng)鑒相型測量系統(tǒng) 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 各部分作用：各部分作用： 時鐘脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生一定頻率的脈沖，一般節(jié)距時鐘脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生一定頻率的脈沖，一般節(jié)距 w2mm 時，可時，可 采用采用4mHz的晶振。的晶振。 絕對相位基準(zhǔn)：實(shí)際上是一個分頻器，將脈沖發(fā)生器的輸出進(jìn)行分頻，絕對相位基準(zhǔn)：實(shí)際上是一個分頻器，將脈沖發(fā)生器的輸出進(jìn)行

29、分頻， 然后產(chǎn)生兩個相位相差然后產(chǎn)生兩個相位相差 90的激磁信號，分別送給滑尺的正余弦繞組。的激磁信號，分別送給滑尺的正余弦繞組。 定尺繞組感應(yīng)電勢定尺繞組感應(yīng)電勢 E=K VmCOS( t)，經(jīng)放大，濾波整形送給，經(jīng)放大，濾波整形送給 鑒相器，送鑒相器的有效信號為鑒相器，送鑒相器的有效信號為 2 x W 相對相位基準(zhǔn)：實(shí)際上是一個分頻電路和加減脈沖電路組成（脈沖相對相位基準(zhǔn)：實(shí)際上是一個分頻電路和加減脈沖電路組成（脈沖 移相器）。它是將加減脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為相對相位基移相器）。它是將加減脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為相對相位基 準(zhǔn)輸出信號的相位變化，然后將其相位信息準(zhǔn)輸出信號的相位變化，然后將其相位信息 給鑒相器。

30、給鑒相器。 鑒相器：用來判別感應(yīng)同步器的輸出信號鑒相器：用來判別感應(yīng)同步器的輸出信號 E與相對相位基準(zhǔn)電流輸出之間相差的大小與相對相位基準(zhǔn)電流輸出之間相差的大小 ，其理想輸入輸出特性曲線見右圖：，其理想輸入輸出特性曲線見右圖： 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲取（數(shù)字傳感器） 鑒相器的輸出控制一個門電路鑒相器的輸出控制一個門電路=-1，可以根據(jù)測量精度設(shè)計，可以根據(jù)測量精度設(shè)計=0時，時， Ej=Ej0=開關(guān)電平，將門電路打開，使計數(shù)脈沖通過。開關(guān)電平，將門電路打開，使計數(shù)脈沖通過。 鑒相器還要鑒別相位差為正還是為負(fù)，以便實(shí)行加或減計數(shù)。在門電路打開鑒相器還要鑒別相位差為正還是為負(fù)，以便實(shí)行加

31、或減計數(shù)。在門電路打開 后技術(shù)脈沖通過，一方面看計數(shù)器，另一方面控制相對相位基準(zhǔn)實(shí)行移相，使后技術(shù)脈沖通過，一方面看計數(shù)器，另一方面控制相對相位基準(zhǔn)實(shí)行移相，使 0。 具體工作過程如下：具體工作過程如下： 初始狀態(tài)：初始狀態(tài)： 1 0,0,0 x 則：則：=-1=0 01 ,0 x 00jj EE開始運(yùn)動：開始運(yùn)動：（不變），（不變）， 門打開，計數(shù)一次，同時使門打開，計數(shù)一次，同時使10使使0，門關(guān)死。，門關(guān)死。 繼續(xù)運(yùn)動：繼續(xù)運(yùn)動： 01000 2, jj xEE門打開，計數(shù)一次。門打開，計數(shù)一次。 同時使：同時使：120。使。使0。門關(guān)閉。門關(guān)閉。 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)

32、字傳感器） 每出現(xiàn)一個計數(shù)脈沖，相當(dāng)于位移引起的相位為每出現(xiàn)一個計數(shù)脈沖，相當(dāng)于位移引起的相位為0 0，若，若0 01.81.8，W W 2mm2mm，則最小位移：，則最小位移： 0 0 2 1.8 0.01 2360 W Xmm 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） （）（）鑒幅型鑒幅型工作方式通過輸出電壓幅值變化來測量位移。工作方式通過輸出電壓幅值變化來測量位移。 激磁方式：滑尺的正余弦繞組分別加以頻率相同，相位相同，但幅值激磁方式：滑尺的正余弦繞組分別加以頻率相同，相位相同，但幅值 不同（按正，余弦規(guī)律變化）的交流電壓。不同（按正，余弦規(guī)律變化）的交流電壓。 sinsin cossin Sm Cm VVt VVt cossincoscos sincossincos s Sm c Cm dv Ekk Vt dt dv Ekk Vt dt sin()cos 2 sin()cos SCm m EEEk Vt k Vxt W 可見，可見，當(dāng)激磁電壓不變，當(dāng)激磁電壓不變，固定，則輸出信號幅值與相對位移固定，則輸出信號幅值與相對位移x有關(guān)有關(guān)， 測試技術(shù)基礎(chǔ) 第四章 被測量的獲?。〝?shù)字傳感器） 2.鑒幅型測量系統(tǒng)：鑒幅型測量系統(tǒng)： 正余弦信號 發(fā)生器 放大濾波 可逆計數(shù)器譯碼.顯示