传感器原理及应用技术 第9章 数字式传感器.pptVIP

传感器原理及应用技术（第2版） 第9章 数字式传感器及其应用 9.1 光栅传感器及其应用 9.2 感应同步器及其应用 9.3 旋转变压器及其应用 小 结 9.1 光栅传感器及其应用 9.1.1 光栅传感器的工作原理 9.1.2 光栅传感器的结构 9.1.3 光栅传感器的应用 9.1.1 光栅传感器的工作原理 1. 光栅的类型 在玻璃、镀膜玻璃或金属上密集刻线(一般为8～12mm)，得到如图所示的黑白相间且间隔细小的条纹，这就是光栅。光栅上栅线的宽度为，线间宽度为，一般取，而，称为光栅栅距。通常将在计量工作中使用的光栅称为计量光栅。计量光栅由主光栅（又称标尺光栅）和指示光栅组成，计量光栅按其形状和用途可分为长光栅和圆光栅两类。 2. 莫尔条纹 如果把两块栅距相等的光栅面平行安装，并且让它们的刻痕之间有较小的夹角时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条纹称莫尔条纹。 莫尔条纹有两个重要的特性： 当指示光栅不动，主光栅左右平移时，莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移动，根据莫尔条纹的移动方向，即可确定主光栅左右移动的方向。 莫尔条纹有位移放大作用。 9.1.2 光栅传感器的结构 光栅传感器作为一个独立完整的测量系统，它包括光栅传感器（光栅尺）和数显表两部分。 1. 光栅传感器 光栅传感器由光源、光栅尺、光电元件及光学系统组成。常见的光栅传感器是利用透射光栅工作的，分为长光栅和圆光栅两种。 2. 光栅数显表 为了辨别位移的方向，进一步提高测量精度，需要将传感器输出的信号送入数显表做进一步的处理才能显示。因此，光栅数显表由放大整形电路、辨向和细分电路、可逆电子计数器以及显示电路等组成。 (1) 辨向电路 为了能够辨别出光栅的运动方向，在莫尔条纹的移动方向上相距1/4条纹间距的位置安放两个光电元件1和2，得到两个相位差为90°的正弦信号，经整形后得到S1和S2两路信号。 (2) 细分 为了提高测量精度，可以采用增加刻线密度的方法，但这种方法会受制造工艺的限制。另一种方法是采用细分技术。所谓细分（也叫倍频），是在莫尔条纹变化一周期内输出若干个脉冲，减小脉冲当量，从而提高测量精度。 9.1.3 光栅传感器的应用 1. 光栅传感器的安装调试 从光栅的使用寿命考虑，一般将主光栅尺安装在机床或设备的运动部件上，读数装置安装在固定部件上，反之亦可。但对读数装置的引出电缆线要采取固定保护措施。合理的安装方式还要考虑到切屑、切削冷却液等的溅落方向，要防止它们侵入光栅内部。光栅传感器对安装基面也有一定的要求，不能直接固定在粗糙不平或涂漆的床身或机身上。安装基面的直线误差要小于或等于0.1mm/m，表面粗糙度Ra≤6.3μm，与机床相应导轨的平行度误差在全长范围内小于或等于0.1mm；如达不到此要求，要制作专门的光栅主尺尺座和一个与尺身基座等高的读数头基座进行安装。 2. 光栅数显装置的维护 数显装置出现故障时，必须进行检修后方能继续使用。检修前，首先要熟悉电路的工作原理，了解各部分之间的联系，以便正确分析故障原因，找出故障的部位并加以排除。数显装置包括光栅传感器和数显表两大部分，一旦出现故障，首先应判断是数显表的故障（机内故障）还是传感器的故障（机外故障）。如果有备用数显表，可先替换一下。在确定大致故障部位后再进一步判断故障的具体部位。 9.2 感应同步器及其应用 9.2.1 感应同步器的种类和结构 9.2.2 感应同步器的工作原理 9.2.3 感应同步器在数控机床中的应用 9.2.1 感应同步器的种类和结构 感应同步器按其用途不同，可分为测量直线位移的直线感应同步器和测量角位移的圆感应同步器两大类。 1. 直线感应同步器 直线感应同步器由定尺与滑尺组成，如图所示。在定尺和滑尺上有印刷电路绕组，定尺上是连续绕组，节距（周期）为2mm；滑尺上的绕组分两组，空间差90°相角（即1/4节距），分别称正弦绕组和余弦绕组，两组节距相等，为1.5mm。定尺一般安装在设备的固定部件上（如机床床身），滑尺则安装在移动部件上。 2. 圆感应同步器 圆感应同步器由定子和转子组成，如图所示。其转子相当于直线感应同步器的定尺，定子相当于滑尺。 9.2.2 感应同步器的工作原理 1. 工作原理 在实际使用中，感应同步器的定尺和滑尺分别安装在机械设备的固定部件和运动部件上。工作时，定尺和滑尺处于相互平行和相对的位置，中间保持一个很小的距离（如0.25mm）。当滑尺上正弦、余弦绕组的两端接入交流电压，绕组中就有交流电流通过，在绕组周围产生交变磁场，于是使处在这个交变磁场中的定尺绕组（感应绕组）上产生一定的感应电势。 2. 信号处理方式 感应