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数字式传感器 光电式编码器 接触式编码器的分辨率受电刷的限制不可能很高；而光电式编码器由于使用了体积小、易于集成的光电元件代替机械的接触电刷，其测量精度和分辨率能达到很高水平。 1．光电式编码器的结构和工作原理 光电编码器的最大特点是非接触式的。因此，它的使用寿命长，可靠性高。它是一种绝对编码器，几位编码器的码盘上就有几个码道，编码器在转轴的任何位置都可以输出一个固定的与位置相对的数字码。这一点，与接触式码盘编码器是一样的。不同的是光电编码器的码盘采用照相腐蚀 直线坐标编码示意图 数字式传感器 2．用插值法提高分辨率 为了提高测量的精度和分辨率，常规的方法就是增加码盘的码道数，即增加刻线数。但是，由于制造工艺的限制，当刻度数多到一定数量后，就难以实现了。在这样的情况下，可以采用一种用光学分解技术(插值法)来进一步提高分辨率。 * */45 * 传感器与检测技术 朱启兵 zhuqib@163.com 传感器与检测技术 第11章 数字式传感器 光 栅 1.2 感应同步器 11.1 11.2 编 码 器 11.3 频率式传感器 11.4 数字式传感器 随着微型计算机的迅速发展和广泛应用泛应用，信号的检测、控制和处理已进入的数字化时代。通常采用模拟式传感器获取模拟信号，利用A/D转换器将信号转换成数字信号，再用微机和其他数字设备处理进行处理，这种方法简便亦行，但系统的构成也很复杂。数字式传感器就是为了解决这些问题而出现的，它能把被测模拟量直接转换成数字信号输出。 数字式传感器具有下列特点： 1.具有高的测量精度和分辨率，测量范围大； 2.抗干扰能力强，稳定性好； 3.信号易于处理、传送和自动控制； 4.便于动态及多路测量，读数直观； 5.安装方便，维护简单，工作可靠性高。 目前，常用的数字式传感器有四大类：(1) 栅式数字传感器；(2)编码器；(3)频率/数字输出式数字传感器；(4)感应同步器式的数字传感器。 数字式传感器 感应同步器 感应同步器时20世纪60年代末发展起来的一种高精度位移（直线位移、角位移）传感器。 工作原理：电磁感应定律 结 构：基本结构是两个平面形的矩形线圈，它们相当于变压器的初、次级绕组，通过两个绕组间的互感量随位置变化来检测位移量的。 分 类：①线位移感应同步器（标准型，窄型，带型）；②圆盘感应同步器。 工作特点：感应同步器是一种多极感应元件，由于多极结构对误差起补偿作用，所以用感应同步器来测量位移具有精度高、工作可靠、抗干扰能力强、寿命长、接长便利等优点。 数字式传感器 数字式传感器 直线式感应同步器的基本结构 它由定尺和滑尺两部分组成。定尺和滑尺可利用印刷电路板的生产工艺，用覆铜板制成。滑尺上有两个绕组，彼此相距π/2或3π/4。当定尺栅距为W2时，滑尺上的两个绕组间的距离L1应满足如下关系：L1=(n/2+1/4)W2。n=0时相差π/2，n=1时相差3π/4，n=2时相差5π/4。 W2=2(a2+b2) W1=2(a1+b1) W1=W2 正弦绕组 余弦绕组 数字式传感器 感应同步器的工作原理 矩形载流线圈中通过直流电流I时的磁场分布示意图如左下图所示，线圈内外的磁场方向相反。如果线圈中通过的电流为交流电流i ( i = I sinωt )，并使一个与该线圈平行的闭合的探测线圈贴近这个载流线圈从左至右(或从右至左)移过，如右下图所示。在(a)、(c) 两图所示的情况下，通过闭合探测线圈的磁通量和恒为零，所以在探测线圈内感应出来的电动势为零；在(b)图所示的情况下，通过闭合探测线圈的（交变）磁通量最大，所以在探测线圈内感应出来的交流电压也最大。 载流线圈所产生的磁场 载流线圈所产生的磁场 I 数字式传感器 数字式传感器 定尺中的感应电势随滑尺的相对移动呈周期性变化； 定尺的感应电势是感应同步器相对位置的正弦函数。 若在滑尺的正弦与余弦绕组上分别加上正弦电压us＝Ussinωt和uc＝Ucsinωt，则定尺上的感应电势es和ec可用下式表达： 其中：K——耦合系数； θ——与位移x等值的电角度，θ＝2πx／W2 数字式传感器 对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁，其输出信号的处理方式有:1.鉴相法 2.鉴幅法 3.脉冲调宽法三种。 数字式传感器 所谓鉴相法就是根据感应电势的相位来测量位移。采用鉴相法，须在感应同步器滑尺的正弦和余弦绕组上分别加频率和幅值相同，但相位差为pi/2的正弦激磁电压，即us＝Um·sinωt和uc＝Umcosωt。 鉴相法 根据式（