數(shù)字量傳感器

工程測(cè)試技術(shù)柵式(光柵、磁柵)傳感器編碼式(接觸式、光電式、電磁式)傳感器頻率輸出式傳感器感應(yīng)同步器式傳感器數(shù)字傳感器的分類5數(shù)字量傳感器5數(shù)字量傳感器5.1

光電編碼器5.2

光柵傳感器5.3

感應(yīng)同步器機(jī)電工程測(cè)試技術(shù)第一節(jié)

光電編碼器5數(shù)字量傳感器光電編碼器可把角位移直接轉(zhuǎn)換成脈沖或二進(jìn)制編碼的檢測(cè)器件（增量編碼器、絕對(duì)編碼器）。5.1光電編碼器問題：存在讀數(shù)誤差非單值誤差2、增量編碼器5.1光電編碼器5.1光電編碼器2、增量編碼器3、光電編碼器的應(yīng)用——數(shù)字測(cè)速5.1光電編碼器光柵：基體（光學(xué)玻璃或金屬）上刻有均勻分布條紋的光學(xué)元件。分透射光柵和反射光柵。2）柵距：W＝a+b

。通常a=b或a:b=1.1:0.9。

光柵常數(shù)通常用刻線密度來(lái)表示25，50，100，250條/mm。5.2光柵傳感器4、直線位移測(cè)量---光柵尺5.1光電編碼器反射式5.1光電編碼器透射式問題：1）受光電元件尺寸限制，刻線不可能過密，分辨力低

2）受加工精度等限制，刻線的不均勻?qū)е戮炔畹诙?jié)

光柵傳感器5數(shù)字量傳感器1、光柵傳感器結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理光源標(biāo)尺光柵指示光柵光電元件測(cè)量范圍－－標(biāo)尺光柵的有效長(zhǎng)度1）結(jié)構(gòu)5.2光柵傳感器兩個(gè)光柵組成，柵線呈一定夾角。利用莫爾條紋進(jìn)行測(cè)量。播放動(dòng)畫長(zhǎng)光柵莫爾條紋——演示7.2光柵傳感器2）莫爾條紋的形成均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動(dòng)5.2光柵傳感器圓光柵莫爾條紋7.2光柵傳感器播放動(dòng)畫播放中……單擊準(zhǔn)備演示θ

0環(huán)形莫爾條紋——演示7.2光柵傳感器特例：當(dāng)

=0,w1=w2

→B=

→光閘莫爾條紋當(dāng)

=0,w1≠w2

→縱向莫爾條紋3）莫爾條紋的寬度5.2光柵傳感器播放動(dòng)畫長(zhǎng)光柵光閘莫爾條紋——演示5.2光柵傳感器4)莫爾條紋的特點(diǎn)②對(duì)應(yīng)關(guān)系莫爾條紋近似與刻線垂直，當(dāng)夾角θ固定后，兩光柵相對(duì)左右移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋上下或下上移動(dòng)一個(gè)節(jié)距B。因此，可以通過檢測(cè)莫爾條紋的移動(dòng)條數(shù)和方向來(lái)判斷兩光柵相對(duì)位移的大小和方向。③放大作用由公式B=W/θ可知，當(dāng)W一定，θ越小時(shí)，莫爾條紋間距B越大。①平均效應(yīng)莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成，對(duì)光柵的刻線誤差有平均作用。5.2光柵傳感器5）光柵位移與輸出關(guān)系光柵的光學(xué)放大作用與安裝角度有關(guān)，而與兩光柵的安裝間隙無(wú)關(guān)。B=W/θ莫爾條紋的寬度必須大于光敏元件的尺寸，否則光敏元件無(wú)法分辨光強(qiáng)的變化。注意事項(xiàng)：5.2光柵傳感器2、辨向原理兩個(gè)感光元件相差1/4周期5.2光柵傳感器辨向電路條紋下移：5.2光柵傳感器條紋下移：5.2光柵傳感器條紋上移：5.2光柵傳感器脈沖數(shù)等于正、反向移動(dòng)后累加所得的脈沖數(shù)，根據(jù)正負(fù)可以辨向。得出：被測(cè)物體位移＝柵距×脈沖數(shù)【例】先正向移動(dòng)11個(gè)脈沖，而后反向移動(dòng)5個(gè)脈沖，再正向移動(dòng)2個(gè)脈沖，可算出位移8個(gè)柵距。5.2光柵傳感器3、細(xì)分技術(shù)細(xì)分方法：機(jī)械細(xì)分：增加刻線密度。電子細(xì)分：在一個(gè)莫爾條紋的間隔內(nèi)，增加計(jì)數(shù)脈沖數(shù)。問題的提出：如何提高分辨力？5.2光柵傳感器辨向原理：

在相差B/4位置上安裝兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位相差π/2的電信號(hào)。5.2光柵傳感器四倍頻細(xì)分法

2)仍為2個(gè)光敏元件，若將這兩個(gè)信號(hào)反相就可以得到四個(gè)依次相差π/2的信號(hào)，從而可以在移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。

1)采用4個(gè)光敏元件就可以得到四個(gè)依次相差π/2的信號(hào)，從而可以在移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。5.2光柵傳感器5.2光柵傳感器HeiDenHain的細(xì)分設(shè)備對(duì)正弦輸出信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，細(xì)分倍數(shù)可達(dá)100倍，并轉(zhuǎn)換為TTL方波脈沖信號(hào)；IBV60005.2光柵傳感器敞開式直線光柵尺5.2光柵傳感器直線光柵尺5、光柵傳感器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：分辨力高(可達(dá)1μm或更?。y(cè)量范圍大（幾乎不受限制）動(dòng)態(tài)范圍寬易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量和自動(dòng)控制缺點(diǎn)：對(duì)使用環(huán)境要求較高，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要求密封，以防止油污、灰塵、鐵屑等的污染。5.2光柵傳感器6、光柵傳感器的應(yīng)用1．位置測(cè)量5.2光柵傳感器2．測(cè)長(zhǎng)儀5.2光柵傳感器5.2

光柵傳感器7、其它柵類傳感器1）容柵：由兩個(gè)電容標(biāo)尺和檢測(cè)電路組成全重疊時(shí)，C=Cmax不重疊時(shí)，C=0數(shù)顯游標(biāo)卡尺誤差平均效應(yīng)5.2光柵傳感器7、其它柵類傳感器2）磁柵：由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路組成5.2光柵傳感器5.2光柵傳感器5.2光柵傳感器7、其它柵類傳感器3）球柵：由線圈、鋼球、不導(dǎo)磁管和檢測(cè)電路組成繞組：自感式傳感器鋁、陶瓷、不銹鋼…5.2光柵傳感器光柵：光刻um級(jí)，莫爾條紋，靈敏度高；抗污、抗震性能差。磁柵：磁帶便宜，但使用壽命不如光柵，容易退磁；精度差一般為1～5um。特點(diǎn)對(duì)比：容柵：間距大，精度不高；但電容為儲(chǔ)能元件，電荷工作方式，電流小，消耗能量小，體積也可以很小。球柵：鋼球mm級(jí)別，但是外有不導(dǎo)磁管，封閉性好，抗污性強(qiáng)。5.2光柵傳感器數(shù)字量傳感器作業(yè)8光柵作業(yè)1、光柵傳感器是依靠莫爾條紋哪三大特性來(lái)進(jìn)行位移測(cè)量的？

第三節(jié)

感應(yīng)同步器5數(shù)字量傳感器

感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理組成的。分為直線型感應(yīng)同步器和圓盤型感應(yīng)同步器兩大類。感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)是：①具有較高的精度與分辨力；②抗干擾能力強(qiáng)；③使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單；④可以作長(zhǎng)距離位移測(cè)量；⑤工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。

廣泛用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、程控?cái)?shù)控機(jī)床及高精度重型機(jī)床及加工中測(cè)量裝置等。5.3感應(yīng)同步器1、感應(yīng)同步器的基本結(jié)構(gòu)

由定尺和滑尺組成，其繞組分布不同——定尺是連續(xù)繞組，滑尺則是分段繞組。分段繞組分為兩組，布置成在空間相差90°相角，又稱為正、余弦繞組。5.3感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的分段繞組和連續(xù)繞組相當(dāng)于變壓器的一次和二次線圈，利用交變電磁場(chǎng)和互感原理工作。圓盤式感應(yīng)同步器由定子和轉(zhuǎn)子組成，形狀呈圓片形，定子相當(dāng)于直線式感應(yīng)同步器的滑尺，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于定尺。5.3感應(yīng)同步器2、感應(yīng)同步器的工作原理當(dāng)定尺和滑尺產(chǎn)生相對(duì)線位移時(shí)，或定子與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)角位移時(shí)，兩繞組間的耦合狀態(tài)發(fā)生變化，這時(shí)，在定尺和轉(zhuǎn)子繞組上感應(yīng)出一個(gè)與位移有關(guān)的電壓信號(hào)，由此可以測(cè)定位移量的大小。5.3感應(yīng)同步器5.3感應(yīng)同步器5.3感應(yīng)同步器5.3感應(yīng)同步器5.3感應(yīng)同步器數(shù)顯表是一種高精度位移測(cè)量?jī)x、廣泛應(yīng)用于航空、航海及數(shù)控機(jī)床等的精度測(cè)量和定位跟蹤方面。特點(diǎn)：1)準(zhǔn)確測(cè)量靜態(tài)位移量，又能在運(yùn)動(dòng)中輸出動(dòng)態(tài)移量。2)精度高、速度快、體積小、重量輕。3)抗干擾能力強(qiáng)。4)數(shù)碼顯示，操作簡(jiǎn)單。主要技術(shù)指標(biāo)：1)顯示范圍：角度測(cè)量0－359.999°，直線測(cè)量0－9999.999mm。2)分辨率：角度0.001°（3.6"）或0.00028°(1"），直線0.001mm。3)動(dòng)態(tài)精度：≤7.2"。4)靜態(tài)精度：角度±3.6"或±1"，直線：±1μm。3、感應(yīng)同步器的應(yīng)用——數(shù)顯表5.3感應(yīng)同步器常用位移傳感器一覽表（數(shù)字量）型式測(cè)量范圍精確度直線性特點(diǎn)感應(yīng)同步器直線式10-3~104mm①2.5μm~250mm模擬和數(shù)字混合測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(直線式感應(yīng)同步器的分辨力可達(dá)1μm)旋轉(zhuǎn)式0o~360°±0.5°計(jì)量光柵長(zhǎng)光柵10-3~103mm①3μm~1m同上(長(zhǎng)光柵分辨力可達(dá)1μm)圓光柵0o~360°±0.5”磁尺長(zhǎng)磁尺10-3~104mm①5μm~1m測(cè)量時(shí)工作速度可達(dá)12m/min圓磁尺0o~360°±1”角度編碼器接觸式0o~360°10-6rad分辨力好，可靠性高光電式0o~360°10-6rad型式測(cè)量范圍精確度直線性特點(diǎn)電阻式滑線式線位移1~300mm①±0.1%±0.1%分辨力較好，可靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量。機(jī)械結(jié)構(gòu)不牢固角位移0~360°±0.1%±0.1%變阻器式線位移1~1000mm①±0.5%±0.5%結(jié)構(gòu)牢固，壽命長(zhǎng)，但分辨力差，電噪聲大角位移0~60r±0.5%±0.5%應(yīng)變式非粘貼的±0.15%應(yīng)變±0.1%±1%不牢固粘貼的±0.3%應(yīng)變±2%~3%使用方便，需溫度補(bǔ)償半導(dǎo)體的±0.25%應(yīng)變±2%~3%滿刻度

±20%輸出幅值大，溫度靈敏性高電感式自感式變氣隙型±0.2mm±1%±3%只宜用于微小位移測(cè)量螺管型1.5~2mm測(cè)量范圍較前者寬，使用方便可靠，動(dòng)態(tài)性能較差特大型300~2000mm①0.15%~1%差動(dòng)變壓器±0.08~75mm①±0.5％±0.5%分辨力好，受到磁場(chǎng)干擾時(shí)需屏蔽渦電流式±2.5~±250mm①±1%~3%＜3%分辨力好，受被測(cè)物體材料、形狀、加工質(zhì)量影響同步機(jī)360°±0.1°~±7°±0.5%可在1200r/min轉(zhuǎn)速工作，堅(jiān)固，對(duì)溫度和濕度不敏感微動(dòng)同步器±10°±1%±0.05%非線性誤差與變壓比和測(cè)量范圍有關(guān)旋轉(zhuǎn)變壓器±60°±0.1%電容式變面積10-3~103mm①±0.005%±1%受介電常數(shù)因環(huán)境溫度、濕度而變化的影響變間距10-3~10mm①0.1%分辨力很好，但測(cè)量范圍很小，只能在小范圍內(nèi)近似地保存線性霍爾元件±1.5mm0.5%結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)特性好仿生傳感器仿生傳感器的背景與現(xiàn)狀

仿生傳感器是目前熱門的研究領(lǐng)域。人們對(duì)人或其他動(dòng)物的各種感覺如視覺，聽覺，感覺，嗅覺和思維等行為進(jìn)行模擬，研制出了自動(dòng)捕獲和處理信息，模仿人或動(dòng)物行為的裝置，這就是仿生傳感器。機(jī)器人使用的傳感器就是仿生傳感器的典型應(yīng)用,目前各國(guó)對(duì)此類傳感器的研制和開發(fā)都非常重視。電子皮膚日本東京大學(xué)染谷隆夫和櫻井貴康教授的聯(lián)合研究小組開發(fā)出可測(cè)試自由曲面壓力和溫度分布的人工電子皮膚。電子皮膚由塑料網(wǎng)狀薄布制造，有機(jī)材料制成的感應(yīng)器與讀取用晶體管連接在網(wǎng)眼交接處。網(wǎng)狀電子皮膚能夠伸長(zhǎng)25%，可貼在雞蛋等自由曲面上進(jìn)行傳感測(cè)量。１０００個(gè)以上的壓力傳感器英研制新型機(jī)器人可實(shí)時(shí)模仿10種人類表情

仿生傳感技術(shù)的研究模型的建立生物體的某個(gè)功能生物模型數(shù)學(xué)模型技術(shù)模型技術(shù)裝置與生物的功能相似仿生傳感器的主要類型和應(yīng)用視覺傳感器嗅覺傳感器聽覺傳感器味覺傳感器觸覺傳感器接近覺傳感器力覺傳感器和滑覺傳感器一、視覺傳感器電視攝像機(jī)＋固態(tài)圖像傳感器＋計(jì)算機(jī)工作過程：視覺檢測(cè)圖像分析圖像描述識(shí)別光電轉(zhuǎn)換A/