《现代检测技术及其仪表》孙传友高教出版社电子教案第6章.docVIP

第6章 数字式传感器 6.1 编码器 6.1.1 直接编码器——直接将角位移转换为2进制数码 一、工作原理 1、组成结构 图6-1-1 2、工作原理：各光电元件根据受光照与否转换输出相应的电平信号分别代表二元码“1”和“0”。通过光电转换，码盘转角α转换成成一组相应的n位二元码。 二、码制与码盘 二进制码盘 图6-1-2（a） 循环码盘 图6-1-2（b） 输出数码 C1C2…Cn(二进制码) R1R2…Rn（循环码） 第1(最内圈)码道 分21个黑白间隔, 对应C1 分21个黑白间隔, 对应R1 第2码道 分22个黑白间隔，对应C2 分21个黑白间隔，对应R2 第i码道 分2i个黑白间隔 ，对应Ci 分2i-1个黑白间隔，对应Ri 相邻码道分界线 第i道黑白分界线与i+1道黑白分界线对齐 第i道黑白分界线与第i+1道黑白分界线错开180°/2i 优缺点 缺点：产生粗误差（图6-1-3） 优点：不产生粗误差 分辨率 结论：直接编码器多采用循环码盘 三、转换关系和转换电路 1、转角与二进码转换 2、二进码与循环码的转换 C1C2C3C4……Cn　　　　　　　　R1R2R3R4……Rn 　　　　　　 C1C2C3……Cn-1　　　　　 C1C2C3……Cn-1 　　　　　　　　R1R2R3R4……Rn C1C2C3C4……Cn　 3、转换电路 1）二进制码转换为循环码 1°并行电路 图6-1-4（a） 2°串行电路 图6-1-4（b） 2）循环码转换为二进制码 1°并行电路 图6-1-5（a） 2°串行电路 图6-1-5（b） 触发器先清零，J=K=Ri ， 6.1.2 增量编码器 一、结构与工作原理 1．组成结构 图6-1-6 ①光源 ②码盘 三个码道：1°零位码道A—1条透个狭缝 2°增量码道B—m个透光不透光扇区 3°辨向码道 C—m个透光不透光扇区 （B、C全错开半个扇区） ③光电元件三个——与三个码道对应 2．工作原理 码盘每转一周：光电元件A产生一个脉冲 光电元件B产生m个脉冲 光电元件C产生m个脉冲 相位差90° 二、转向和转角的测量 1．转向判别——电路图6-1-8，波形图6-1-9 正转 反转 感光先后 C先感光 B先感光 相位关系 C超前 B超前 触发器 Q=1 Q=0 计数器 加计数 减计数 2．净转角测量 ①分辨率 ②净转角与计数结果N的关系 6.2 光栅 6.2.1光栅的结构和基本原理 一、光栅传感器的结构 图6-2-1 1、主光栅(又称标尺光栅) ，均匀地刻划有透光和不透光的线条 2、指示光栅，刻有与主光栅同样刻线密度的条纹 3、光源和透镜 4、光电元件 二、莫尔条纹的形成与特点 1、莫尔条纹的形成 图6-2-2 主光栅与指示光栅的栅线之间保持很小的夹角β，在近乎垂直栅线的方向上出现了明暗相间的条纹――莫尔条纹。莫尔条纹之间距远大于光栅栅距W 2、莫尔条纹的主要特性： 移动方向： 主光栅右移，则莫尔条纹向下移； 主光栅左移，则莫尔条纹向上移。 移动距离：主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距H。 莫尔条纹具有放大作用，即H＞＞W。 (3)平均效应：莫尔条纹具有减小光栅栅距局部误差的作用 三、光电转换电压与光栅位移的关系 主光栅移动一个栅距W，光电转换电压变化一个周期 6.2.2光栅辨向原理与细分技术 一、辨向原理 在条纹移动方向(y方向)上安放两个间距为 (n+1)H/4(n为整数)的光电元件，两个光电元件的输出信号u1和u2的相位差正好等于π/2。再将这两个相位差90°的正弦信号送到图6-1-8所示辨向电路，就可测量出光栅的移动方向和移动的栅距数。 二、细分技术――m细分即分辨率W/m 在主光栅移动一个栅距过程中，产生m个彼此相位差360°/m的正弦交流信号 m个ui波形依次产生m个过零脉冲，于是，与光栅位移x对应的过零脉冲计