傳感器技術(shù)講解課件二

第3章數(shù)字式傳感器

數(shù)字式傳感器能把被測的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。與模擬傳感器相比的特點是:抗干擾能力強(qiáng),穩(wěn)定性強(qiáng);易于微機(jī)接口,便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量。

本章講述常用的數(shù)字式傳感器光柵傳感器磁柵傳感器旋轉(zhuǎn)式光電編碼器直線感應(yīng)同步器旋轉(zhuǎn)變壓器3.1光柵傳感器一.光柵及其測量系統(tǒng)1.光柵的結(jié)構(gòu)類型1）長光柵尺2）圓光柵刻劃在玻璃盤上的光柵稱為圓光柵也稱光柵盤，用來測量角度或角位移。根據(jù)柵線刻劃的方向，圓光柵分兩種，一種是徑向光柵，其柵線的延長線全部通過光柵盤的圓心；另一種是切向光柵，其全部柵線與一個和光柵盤同心的直徑只有零點兒或幾個毫米的小圓相切若按光線的走向，圓光柵只有透射光柵。2.光柵測量系統(tǒng)（光柵讀數(shù)頭）二.光柵傳感器的工作原理1.莫爾條紋的形成及其特征當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的刻線相交一個微小的夾角時,光源照射光柵尺，由于擋光效應(yīng)，兩塊光柵刻線的相交處形成亮帶，而在刻線彼此錯開處形成暗帶。在與光柵線紋大致垂直的方向上,產(chǎn)生出亮暗相間的條紋,這些條紋稱為“莫爾條紋”。莫爾條紋的特征1)放大作用放大倍數(shù)為1/θ,θ越小,B越大。例如θ=0.1°時θ=0.1°=0.1×2π/360=0.00175432radW=0.02mmBH=11.4592mm。2)對應(yīng)關(guān)系

3）誤差的平均效應(yīng)光電元件對光柵的柵距誤差具有消差作用。莫爾條紋由光柵的大量刻線形成,對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用,幾條刻線的柵距誤差或斷裂對莫爾條紋的位置和形狀影響甚微。能在很大程度上消除短周期誤差的影響。

例W=0.02mm,接收元件尺寸10×10mm2,在10mm范圍內(nèi)有500條刻線參與工作，某幾條刻線誤差對莫爾條紋位置和形狀基本無影響。2.辨向原理及辨向電路1）為什么要辨向

當(dāng)可動光柵（主光柵）無論向前或向后移動時，在一固定點安裝的光電元件只能接收到莫爾條紋明暗交替的變化，后面的數(shù)字電路都將發(fā)生同樣的計數(shù)脈沖，從而無法辨別光柵移動的方向，也不能正確測量出有往復(fù)移動時位移的大小。因而必須在測量電路中加入辨向電路。2）辨向原理與辨向電路辨向電路設(shè)計數(shù)器記得脈沖數(shù)為N，位移

x=NW

光柵測量位移屬于增量式測量。三.細(xì)分技術(shù)目的：提高分辨力（測量比柵距更小的位移量）。細(xì)分思想：在一個柵距即一個莫爾條紋信號變化周期內(nèi),發(fā)出n脈沖,每個脈沖代表原來柵距的1/n。由于細(xì)分后計數(shù)脈沖頻率提高了n倍,因此也稱之為n倍頻。細(xì)分類型：電子細(xì)分又分為四倍頻直接細(xì)分和電位器橋細(xì)分。1.四倍頻細(xì)分在相差B/4位置上安放兩個光電元件，得到兩個相差π/2電壓信號（S和C），將這兩個信號整形、反相得到四個依次相差π/2的電壓信號。0°（S），90°（C）180°（S）270°（C）。在光柵作相對運動時，經(jīng)過微分電路，在正向運動時，得到四個微分脈沖（加計數(shù)脈沖）；反向運動時，得到四個微分脈沖（減計數(shù)脈沖）。2.電位器橋（電阻鏈）細(xì)分實現(xiàn)方法及原理四細(xì)分后得到的四個相位差為90度的交流信號Umsinθ,Umcosθ和-Umsinθ,-Umcosθ。以這四個交流信號為原函數(shù)（兩原函數(shù)間各接幾個電位器，構(gòu)成電位器橋，把θ=0-360度,（x=0-W）分成四個象限。每一個象限，由于電壓的合成與電位器的移相作用，電阻鏈上各電位器中間抽頭得到幅值各不相同的一系列移相信號（新函數(shù)）。四.光柵數(shù)錦顯裝置主要芯充片簡介1.光柵信厘號處理眨芯片(H抽KF世71谷05華02巴)主要倉功能斧：信恰號的富同步定、整餓形、志四細(xì)億分、辨辨向亦、加待減控仗制、廊參考查零位橫信號今的處約理、飾記憶合功能財?shù)膶嵎壕€和輸分辨惠率的處選擇害等。2.邏輯控概制芯片甩（HKE捎701縣314）主要舟功能岸：為攝整機(jī)告提供晨高頻場和低貫頻脈煤沖；堤完成BC貓D譯碼；XJ校驗及扮超速報縣警。3.可逆閥計數(shù)嘩與零近位記糠憶芯膝片（HK充E7斥01橫20糞1)主要功皇能：接橡收從光針柵信號緞處理芯卷片傳來拾的計數(shù)殘脈沖，捷完成可掉逆計數(shù)甲；接收棒參考零聲位脈沖愚，使計蠶數(shù)器確溉定參考污零位的分?jǐn)?shù)值，枯同時也特完成清分零、置箭數(shù)、記躍憶等功皮能。五.光柵傳起感器的勸應(yīng)用3.2旋轉(zhuǎn)式團(tuán)光電編沿碼器一.增量鄰式旋轉(zhuǎn)光貪電編碼絕器1.工作鋪原理2.增量投式光徑電盤4.旋轉(zhuǎn)方時向的判傍別二.絕對式愁光電編蓬碼器1.測量原劉理2.絕對式領(lǐng)光電碼控盤3.循環(huán)拴碼盤1）編蠢碼規(guī)皂則將二更進(jìn)制槐碼右影移性一位休并舍薪去最骨末位凝與原撿二進(jìn)關(guān)制做男不進(jìn)廈位加有法。2）特啟點相鄰搬兩個卻數(shù)碼炸之間疏只有暢一位絲式變化市。4.提高分盯辨率的談方法－傲插值法三.光電艱編碼盾器的壇應(yīng)用1.在數(shù)控幸機(jī)床中巡壽的應(yīng)用2.角度及蘇轉(zhuǎn)速的來測量脈沖頻書率法脈沖臣周期笨法3.3直線東式感找應(yīng)同址步器一.直線弟式感述應(yīng)同狐步器們的結(jié)稍構(gòu)二.工作喪原理三.數(shù)顯際裝置1.鑒幅式2.主要筋性能返指標(biāo)1）精蒼度在整難個測筑量范途圍內(nèi)誤作靜運態(tài)測崖量時殃的顯請示值電與被獲測實攤際值轎的最誰大可商能偏謎離量陶，用向正負(fù)賴偏差蛇表示2）分騾辨力系統(tǒng)庫能反窮映的瓣最小味位移興變化屬量。遭在數(shù)慨字系繩統(tǒng)中良分辨梨力與蚊脈沖摩當(dāng)量逝或最便低為蒜顯示駱數(shù)字純一致奶。所遵謂脈少沖當(dāng)厭量q是指怖一個曠脈沖價所對峰應(yīng)的睛機(jī)械涉位移牢變化跨量。共對于劇線位宏移測唱量，可可用喜下式撕計算拔：式中：W－節(jié)距n－系統(tǒng)很的細(xì)分眉數(shù)3）跟蒸蹤速坦度當(dāng)機(jī)械躁運動大卡于系統(tǒng)吐所允許您的跟蹤沙速度時弄，增量艱脈沖跟抓不上機(jī)塞械位移軍增量，觀就會發(fā)潤生丟失癢節(jié)距而頓不能正護(hù)常工作男的情況廁。系統(tǒng)遲的允許貪跟蹤速寇度ui為式中月：fi-增量脈冷沖頻率q-脈沖送當(dāng)量四.安裝使伙用注意遍事項安裝結(jié)削構(gòu)圖如宿下所示騙。完整糾的感應(yīng)芝同步器則有定尺已組件、嚷滑尺組腦件和防漸護(hù)罩三般部分。感應(yīng)砍同步嚼器的室安裝岸要求蒙如下寶：五.感應(yīng)同府步器的況應(yīng)用1.機(jī)床閉稻環(huán)控制2.定位螺控制3.隨動控崇制3.擊4旋轉(zhuǎn)變章壓器一.旋轉(zhuǎn)功變壓局器的迷結(jié)構(gòu)二.旋轉(zhuǎn)裕變壓暢器的概工作客原理1.兩級繞犬組式的辣工作原傘理2.四級繞錫組式的扮工作方惠式1）鑒相分工作方州式定子繞必組分別證通以同曲幅值、做同頻率受、相位控相差90度的渴交流互電壓涂。根據(jù)疊菌加原理躲，轉(zhuǎn)子張繞組中遙的感應(yīng)紀(jì)電壓為惑這兩個滋電壓的嫂代數(shù)和覺，即2）鑒幅魚式工作谷方式當(dāng)兩病個定慌子繞屬組分凝別通秒以同桿頻率燭、同勵相位寨，單辰幅值命不同紅的交捉流電置壓其幅途值分劇別為α－定忠子繞侍組的腸電氣縱角，