數(shù)字式位移傳感器

1、8.2 8.2 數(shù)字式位移檢測方法數(shù)字式位移檢測方法 數(shù)字式傳感器是測試技術(shù)、微電子技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合數(shù)字式傳感器是測試技術(shù)、微電子技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳感器技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。的產(chǎn)物，是傳感器技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。 數(shù)字式位移傳感器的優(yōu)點數(shù)字式位移傳感器的優(yōu)點 測量精密度高、準(zhǔn)確度高；測量精密度高、準(zhǔn)確度高； 抗干擾能力強，穩(wěn)定可靠抗干擾能力強，穩(wěn)定可靠, ,易于遠(yuǎn)傳；易于遠(yuǎn)傳； 測量行程范圍大；測量行程范圍大； 可與微處理器直接相連，易于實現(xiàn)測量的自動化和數(shù)字化?？膳c微處理器直接相連，易于實現(xiàn)測量的自動化和數(shù)字化。光柵在機床上的安裝位置（光柵在機床上的安裝位置（3 3

2、個自由度）個自由度）數(shù)顯表數(shù)顯表8.2.1 8.2.1 光柵數(shù)字式線位移檢測光柵數(shù)字式線位移檢測一、有關(guān)光學(xué)的基本原理一、有關(guān)光學(xué)的基本原理1 1、光柵的構(gòu)造、光柵的構(gòu)造 透射直線光柵是在鍍有鋁箔的光學(xué)玻璃上，均勻地刻上許多透射直線光柵是在鍍有鋁箔的光學(xué)玻璃上，均勻地刻上許多明暗相間、寬度相等、間距相等的透光線，稱為柵線，設(shè)柵線寬明暗相間、寬度相等、間距相等的透光線，稱為柵線，設(shè)柵線寬為為a a，線間縫寬為，線間縫寬為b b，a+ba+b=W=W稱為柵距。通常稱為柵距。通常a=b=W/2a=b=W/2。長光柵莫爾條紋長光柵莫爾條紋播放動畫播放動畫2 2、莫爾條紋原理、莫爾條紋原理長光柵光閘莫爾

3、條紋長光柵光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中圓弧莫爾條紋圓弧莫爾條紋單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示播放動畫播放動畫光閘莫爾條紋光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中環(huán)形莫爾條紋環(huán)形莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示輻射形莫爾條紋輻射形莫爾條紋播放動畫播放動畫11標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 22指示光柵指示光柵 33光電器件光電器件 44光源光源均勻刻線均勻刻線標(biāo)尺標(biāo)尺光柵光柵指示指示光柵光柵夾角夾角明暗相間明暗相間條紋條紋莫爾條紋莫爾條紋移動移動莫爾條紋莫爾條紋演示演示二、利用光柵測量線位移的原理二、利用光柵測量線位移的原理1 1、光柵傳感器輸出信號波

4、形、光柵傳感器輸出信號波形 為光電元件輸出為光電元件輸出 的電壓信號的電壓信號; ; 為輸出信號中的為輸出信號中的 平均直流分量平均直流分量; ; 為輸出信號中正為輸出信號中正 弦交流分量的幅值。弦交流分量的幅值。u0UmU2、利用光柵傳感器測量線位移的原理利用光柵傳感器測量線位移的原理莫爾條紋莫爾條紋演示演示三、辨向原理及辨向電路三、辨向原理及辨向電路 標(biāo)尺光柵固定，指示光柵向前或向后移動時，莫爾條紋都是標(biāo)尺光柵固定，指示光柵向前或向后移動時，莫爾條紋都是作明暗交替的變化作明暗交替的變化, , 從而無法判別光柵移動的方向從而無法判別光柵移動的方向, , 也不能正確也不能正確測量出有往復(fù)移動時

5、位移的大小。因此必須在測量電路中加入辨測量出有往復(fù)移動時位移的大小。因此必須在測量電路中加入辨向電路。向電路。 在相距在相距1/41/4柵距處，安放兩個光電元件，它們的輸出信號將產(chǎn)柵距處，安放兩個光電元件，它們的輸出信號將產(chǎn)生生? ?度的相位差。度的相位差。9090辨向電路辨向電路 若以移過的莫爾條紋數(shù)來確定位移量，其分辨力為光柵柵距。若以移過的莫爾條紋數(shù)來確定位移量，其分辨力為光柵柵距。 為了提高分辨力以測得更小的位移量，可采用細(xì)分技術(shù)：它是為了提高分辨力以測得更小的位移量，可采用細(xì)分技術(shù)：它是在莫爾條紋信號變化的一個周期內(nèi)，給出若干個計數(shù)脈沖來減小在莫爾條紋信號變化的一個周期內(nèi)，給出若干個

6、計數(shù)脈沖來減小脈沖當(dāng)量的方法。脈沖當(dāng)量的方法。 四、細(xì)分技術(shù)四、細(xì)分技術(shù)8.2.2 8.2.2 數(shù)字式角位移檢測方法數(shù)字式角位移檢測方法 將機械轉(zhuǎn)動的模擬量（位移）轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電將機械轉(zhuǎn)動的模擬量（位移）轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號，這類傳感器稱為編碼器。編碼器以其高精度、高分辨率和高信號，這類傳感器稱為編碼器。編碼器以其高精度、高分辨率和高可靠性被廣泛用于各種位移的測量?？煽啃员粡V泛用于各種位移的測量。一、接觸式碼盤一、接觸式碼盤 1 1、二進(jìn)制碼盤、二進(jìn)制碼盤(2) (2) 每組同心圓稱每組同心圓稱為一個碼道為一個碼道; ;(3) (3) 內(nèi)碼道為高位內(nèi)碼道為高位 外碼道

7、為低位外碼道為低位(1) (1) 黑色黑色: :導(dǎo)電區(qū)導(dǎo)電區(qū) 白色白色: :不導(dǎo)電區(qū)不導(dǎo)電區(qū)(4)(4)有有n n條碼道，則條碼道，則角度分辨率為：角度分辨率為：360 /2nQ 絕對式接觸式編碼器絕對式接觸式編碼器演示演示4 4個電刷個電刷 4 4碼道碼道 +5V +5V輸入輸入 公共碼道公共碼道 最小分辨角度為最小分辨角度為 =360/24 =22.52 2、格雷碼盤、格雷碼盤( (循環(huán)碼循環(huán)碼) ) 任意相鄰的兩個代碼間任意相鄰的兩個代碼間只有一位代碼有變化，即由只有一位代碼有變化，即由“0”0”變?yōu)樽優(yōu)椤?”1”或或“1”1”變變?yōu)闉椤?”0”。 因此，讀數(shù)誤差最多不因此，讀數(shù)誤差最多

8、不超過超過“1”1”，只可能讀成相，只可能讀成相鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)有有效消除非單值性誤差。效消除非單值性誤差。12310111112211112310.nnnnnnnnniiiiiinnnBBBB BGBGBBBB BGBBBGBGGGGG 格雷碼盤的譯碼電路格雷碼盤的譯碼電路二、光電碼盤二、光電碼盤1 1、絕對式光電碼盤、絕對式光電碼盤分辨率取決于碼道數(shù)。分辨率取決于碼道數(shù)。優(yōu)點：精度高、絕對碼輸出、斷電無影響優(yōu)點：精度高、絕對碼輸出、斷電無影響缺點：測量范圍小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜缺點：測量范圍小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜2 2、增量式光電碼盤、增量式光電碼盤 在圓盤上等角距地開有能透光的兩圈縫隙，

9、內(nèi)縫隙在圓盤上等角距地開有能透光的兩圈縫隙，內(nèi)縫隙A A和外和外縫隙縫隙B B相錯半條縫，最外圈開有一個透光狹縫表示碼盤零位。相錯半條縫，最外圈開有一個透光狹縫表示碼盤零位。兩透光縫相差為兩透光縫相差為9090電氣角。電氣角。 分辨率取決于狹縫數(shù)。分辨率取決于狹縫數(shù)。 優(yōu)點：軌道少，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，成本低。優(yōu)點：軌道少，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，成本低。 缺點：電源出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)丟失。缺點：電源出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)丟失。編碼器在數(shù)控加工中編碼器在數(shù)控加工中心的刀庫選刀控制中心的刀庫選刀控制中的應(yīng)用的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)刀庫旋轉(zhuǎn)刀庫被加工工件被加工工件刀具刀具角編碼器的輸出角編碼器的輸出為當(dāng)前刀具號為當(dāng)前刀具號角編碼器與旋角編碼器與旋轉(zhuǎn)刀庫連接轉(zhuǎn)刀庫連接 用不同的刀具加工復(fù)雜的工件用不同的刀具加工復(fù)雜的工件作業(yè)：作業(yè)：一、畫出光柵標(biāo)尺檢測線位移的兩路一、畫出光柵標(biāo)尺檢測線位移的兩路輸出信號的波形，設(shè)計辨向電路并簡輸出信號的波形，設(shè)計辨向電路并簡要分析辨向原理。要分析辨向原理。二、絕