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第10章 位移-数字传感器 * * 电子信息及电气工程系 10-1 概述 一、位移-数字传感器的特点： 大量程，高精度，高分辨率，抗干扰能力强，稳定性好，易于与计算机接口。 二、分类 角度数字编码器 光栅传感器 感应同步器 10-2 编码器 一、分类 脉冲盘式编码器（增量编码器） 接触式编码器 编码器 码盘式编码器 电磁式编码器 （绝对编码器）光电编码器 二、码盘式编码器（绝对编码器） 1、接触式码盘 1）四位二进制码盘 电刷 α=3600/2n 循环码盘 n决定了码盘的精度，受电刷数量的限制 特点：简单，对码盘的制作与电刷的安装要求严格。 2）循环码盘 相邻的两个数码间只有一个是变化的。可降低对对码盘的制作与电刷的安装要求。 2、光电式编码器（非接触式） 结构：采用照相腐蚀工艺，刻出透光、不透光的码形。装有与码道相同个数的光电转换元件替代电刷。 提高分辨率的方法：插值法 特点：非接触式，分辨率高，精度高 （10-8），n可达16，体积小， 易于集成，允许高速旋转。但 复杂，光源寿命较短。 三、脉冲盘式编码器（增量编码器） 1、结构与工作原理 光电转换器 光栅盘缝隙 (1度1个) 光电管 脉冲盘式编码器（增量编码器） 实际码盘 零位 外圈 内圈 零位脉冲 A相脉冲 B相脉冲 光电转换 旋转编码器原理 光电脉冲编码器的结构 两个光栅板，彼此之间错开m+τ/4个节距，当码盘基片随转轴转动时，产生a、b两相相位差为90°的交变信号。 旋转编码器工作原理 光电码盘随被测轴一起转动，在光源的照射下，透过光电码盘和光拦板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把此光信号转换成电信号a、b、z，通过信号处理装置的整形、放大等处理后输出6项A、B、C 和取反信号。 输出信号的作用及其处理 A、B 两相的作用：细分处理、角位移、转速、转向； Z 相的作用：周向定位基准、圈数 取反信号的作用：利用 A 、 差分输入消除远距离传输的共模干扰 辩向 辩向电路： 2、输出 例：国产SZGH-01 600P/r A、B相脉冲，相差90度 1P/r C脉冲，作零位标记 30KHZ 最高可达25000P/r 3、精度取决于码盘本身的精度 分辨率取决于每转的脉冲数 4、利用C相脉冲，每转一圈复位一次，因而无论正、反转，计数器每次反映的都是相对于上次角度的增量，故称为增量法。 常用的脉冲编码器每转输出的脉冲数有： 2000 p/r 2500 p/r 3000 p/r 高分辨率的脉冲编码器： 20000 p/r 25000 p/r 30000 p/r。 讨论： 1、如何提高旋转编码器的精度？ 2、如何提高旋转编码器的可靠性？ 10-3 栅式数字传感器 一、分类 1、光栅： 物理光栅：利用光的衍射原理，主要用于 光谱分析，波长等的测定。 计量光栅：利用莫尔（Moire）现象，主 要用于测量长度、角度、v、a 、震动等。 2、磁栅：一种磁电转换器，工作原理类似录 音带。 本节主要介绍计量光栅 二、计量光栅 1、分类 透射光栅 长光栅 幅值光栅（黑白光栅） 反射光栅 圆光栅 相位光栅（闪耀光栅） 新型：激光全息光栅，偏振光栅 此处主要讲透射光栅 2、工作原理 光栅：栅尺，尺面刻有排列规则、形状规则、平行的刻线，透明（白）、不透明（黑）。 a=b 光栅距： d = a+b a b d w 莫尔条纹：两块栅尺面对面相迭合，并使两块栅线形成很小的夹角θ，由此出现的明暗相间的条纹。 w 光栅尺横向莫尔条纹及其参数 d d 光栅检测装置的结构 透射光栅 1）栅尺： 标尺光栅：主光栅，长度由测量范围定，不移动 指示光栅：移动，需有足够长以获得足够的莫尔 条纹区。 2）莫尔条纹： w = d/θ 当θ很小时w对d有几百倍的放大作用 例：令d = 0.02mm, θ = 0ad 则 w = d/θ = 11.4592mm K= w / d=573 放大作用：栅尺移动