位移测量--数字式传感器-my.pptVIP

位移的检测 线位移 角位移 微小位移测量-- 数字式位移传感器 数字式传感器能把被测的模拟量直接转换成数字量。 与模拟传感器相比的特点是:抗干扰能力强,稳定性强;易于微机接口,便于信号处理和实现自动化测量。 常用的数字式传感器 光栅传感器 旋转式光电编码器 5.1 光栅传感器 一.光栅及其测量系统 1.光栅的结构类型 1）长光栅尺 二.光栅传感器的工作原理 1.莫尔条纹的形成及其特征 当指示光栅和标尺光栅的刻线相交一个微小的夹角时, 光源照射光栅尺，由于挡光效应，两块光栅刻线的相交处形成亮带，而在刻线彼此错开处形成暗带。在与光栅线纹大致垂直的方向上, 产生出亮暗相间的条纹, 这些条纹称为“莫尔条纹”。 莫尔条纹的特征 1) 放大作用 2) 对应关系 2.辨向原理及辨向电路 1）为什么要辨向 当可动光栅（主光栅）无论向前或向后移动时，在一固定点安装的光电元件只能接收到莫尔条纹明暗交替的变化，后面的数字电路都将发生同样的计数脉冲，从而无法辨别光栅移动的方向，也不能正确测量出有往复移动时位移的大小。因而必须在测量电路中加入辨向电路。 2）辨向原理与辨向电路 辨向电路 三.细分技术 目的：提高分辨力（测量比栅距更小的位移量）。 细分思想：在一个栅距即一个莫尔条纹信号变化周期内, 发出n脉冲, 每个脉冲代表原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高了n倍, 因此也称之为n倍频。 细分类型： 电子细分又分为四倍频直接细分和电位器桥细分。 四.光栅数显装置 主要芯片简介 1.光栅信号处理芯片(HKF710502) 主要功能：信号的同步、整形、四细分、辨向、加减控制、参考零位信号的处理、记忆功能的实线和分辨率的选择等。 2.逻辑控制芯片（HKE701314） 主要功能：为整机提供高频和低频脉冲；完成BCD译码；XJ校验及超速报警。 3.可逆计数与零位记忆芯片（HKE701201) 主要功能：接收从光栅信号处理芯片传来的计数脉冲，完成可逆计数；接收参考零位脉冲，使计数器确定参考零位的数值，同时也完成清零、置数、记忆等功能。 5.2 旋转式光电编码器 一.增量式旋转光电编码器 1.工作原理 2.增量式光电盘 二.绝对式光电编码器 1.测量原理 2.绝对式光电码盘 3.循环码盘 三.光电编码器的应用 1.在数控机床中的应用 2.电机控制----角度及转速的测量 脉冲频率法 3） 误差的平均效应 光电元件对光栅的栅距误差具有消差作用。 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成, 对线纹的刻划误差有平均抵消作用, 几条刻线的栅距误差或断裂对莫尔条纹的位置和形状影响甚微。能在很大程度上消除短周期误差的影响。  例W=0.02mm, 接收元件尺寸10×10mm2,在10mm范围内有500条刻线参与工作，某几条刻线误差对莫尔条纹位置和形状基本无影响。 设计数器记得脉冲数为N，位移 x=N W 光栅测量位移属于增量式测量。 1. 四倍频细分 在相差B/4位置上安放两个光电元件，得到两个相差π/2电压信号（S和C），将这两个信号整形、反相得到四个依次相差π/2的电压信号。0°（S），90°（C）180°（S）270°（C）。 在光栅作相对运动时，经过微分电路，在正向运动时，得到四个微分脉冲（加计数脉冲）；反向运动时，得到四个微分脉冲（减计数脉冲）。 2.电位器桥（电阻链）细分 实现方法及原理 四细分后得到的四个相位差为90度的交流信号 Umsinθ,Umcosθ和-Umsinθ,-Umcosθ。以这四个交流信号为原函数（两原函数间各接几个电位器，构成电位器桥，把θ=0-360度, （x=0-W） 分成四个象限。 每一个象限，由于电压的合成与电位器的移相作用，电阻链上各电位器中间抽头得到幅值各不相同的一系列移相信号（新函数）。 五.光栅传感器的应用 4.旋转方向的判别 1）编码规则 将二进制码右移 一位并舍去最末位与原二进制做不进位加法。 2）特点 相邻两个数码之间只有一位变化。 4.提高分辨率的方法－插值法 * * 0、激光测距系统 --- 大范围远距离测距（几千/几十千米） 1）脉冲测距法 激光短脉冲信号（激光器 被测目标） 测量精度：时间间隔测量精度（脉冲窄、响应速度快） 远距离 --- 固体/二氧化碳；近距离 --- 半导体 巨脉冲激光器 --- 地球—月球距离（分辨力：1m） 距离 3）激光三角法 2）相位差测距法 激光束调制 --- 相位差 --- 时间 --- 距离 特点：测量精度高、分辨力强 原理： ?y = f (?x) ?x ? ?y Keyence 激光测距