数字式传感技术教学 讲义.ppt

第3章 数字式传感技术;3.1 光栅传感器;2）圆光栅;2.光栅测量系统（光栅读数头）;二.光栅传感器的工作原理;莫尔条纹的特征;2) 对应关系; 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。;2.辨向原理及辨向电路;2）辨向原理与辨向电路;辨向电路;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。;三.细分技术;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）。;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）。;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。;五.光栅传感器的应用;3.2 磁栅传感器;3.2.1磁栅传感器组成及类型;3.2.1磁栅传感器组成及类型;3.3.2磁栅传感器工作原理; 如在绕组N1中通入交变电流，交变电流达到某一个幅值时，铁芯饱和而使磁路“断开”，磁栅上的剩磁通就不能在铁芯中通过，反之，当交变电流小于额定值时，可饱和铁芯不饱和，磁路被“接通”，磁栅的剩磁通就可以在铁芯中通过，这样进入磁头的剩磁通就时有时无，N2中就产生感应电动势，它主要与磁头在磁栅上所处的位置有关。;3.3.2磁栅传感器工作原理;鉴相式; 上式表明感应电动势E的幅值恒定，其相位变化正比于位移量X，该信号经带通滤波、整形、鉴相细分电路后产生脉冲信号，由可逆计数器计数，显示器显示相应的位移量。;鉴幅式;鉴幅型传感器原理框图;3.2.3磁栅数显装置;3.2.4磁栅传感器的应用;3.3 接触式编码器;3.3.1 接触式编码器的结构与工作原理;工作原理：(以四位二进制码盘为例 );接触式四位二进制码盘;编码器的分辨率取决于码道的数目n;存在问题：;3.3.2 接触式编码器提高精度的途径;角 度;2、扫描法： ;V扫描的电刷分布和逻辑电路;3.3.3 接触式编码器的优缺点;3.4 光电式编码器;2.增量式光电盘;4.旋转方向的判别;二.绝对式光电编码器;2.绝对式光电码盘;3.循环码盘;4.提高分辨率的方法－插值法;三.光电编码器的应用;2.角度及转速的测量 脉冲频率法;脉冲周期法;3.6脉冲盘式数字传感器;;辨向电路原理图;脉冲盘式数字传感器的优缺点;3.7 RC振荡器式频率传感器;3.8 弹性体频率式传感器;谐振式传感器的特点;谐振式传感器的工作原理;谐振时，各力矢量图如下：;谐振时力的平衡关系：;谐振子品质因数;Q值越高： 损耗小 抗干扰能力强 谐振稳定，选频特性好 传感器重复性好 所以，设计谐振式传感器时，要努力提高传感器系统的品质因数Q。它是设计中最重要的参数。 措施： 选择高Q值的材料 采用好的加工工艺 优化设计谐振子 ;谐振子的谐振频率;闭环自激系统;自激振荡器;敏感机理; 振动筒式传感器;工作过程;轴向振型;基本振型-最低固有频率下的共振波型 共振所需应变能量最小 振动最容易维持;振动频率（周期）与压力的关系;零压力固有频率f0;测量线路与线性化处理;频率信号测量方法频率法-测量一秒钟内出现脉冲数;周期法-测量重复信号完成一个循环所需时间;温度误差分析及其补偿;被测流