传感器技术及应用 课件 项目九 数字式传感器.pptx

项目九 数字式传感器;项目内容; ; ; 任务一 光栅传感器;; 2.光栅的结构：; 图为利用光栅传感器测量数控机床工作台位移量的现场照片。 ;光栅在机床上的安装位置; 按形状：长光栅（直线光栅）、圆光栅。长光栅检测线位移，圆光栅测量角位移。 直线光栅按制作原理：玻璃透射光栅、金属反射光栅。透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。 本节着重介绍一种应用比较广泛的透射式直线光栅。 ; 玻璃透射光栅是在玻璃的表面上涂上一层均匀的感光材料或金属镀膜，用照相腐蚀等方法制成透明与不透明间隔相等的线纹。 特点： √光源可采用垂直入射，光电元件可直接接受光信号，因此信号幅度大，读数头结构比较简单； √每毫米上线纹数多，一般为100、125、250条/mm，经过电路细分，可做到微米级的分辨率。;玻璃透??光栅; 金属反射光栅：在钢尺或不锈钢的镜面上用照相腐蚀法或用钻石刀刻划制成的光栅线；常用的线纹数为4、10、25、40、50条/mm，分辨率低。 特点： √标尺光栅的线膨胀系数很容易做到与机床材料一致； √标尺光栅的安装和调整比较方便； √安装面积较小； √易于接长或制成整根的钢带长光栅； √不易碰碎。;金属反射光栅;;图9-2 光栅线纹; ; ;现代防伪印刷技术;莫尔条纹演示; ;;举例： 一直线光栅，每毫米刻线数为50条， W=1/ 50= 0.02mm ， （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 主光栅与指示光栅的夹角? =0.1?，则： ? =0.1? = 0.1×2π/360 =0ad B ≈W/θ =11.4592mm （由于B较大，因此可以用小面积的光电池“观察”莫尔条纹光强的变化。） ;（3）移动特性 莫尔条纹随光栅尺的移动而移动，它们之间有严格的对应关系，包括移动方向和位移量。移动一个栅距W，莫尔条纹也移动一个间距B。;; ; ;; ;; 图9-6所示为辨向的工作原理和它的逻辑电路。在相隔B/4的位置上安装两个光电元件，得到两个相位差?/2的电信号 和 ，经过整形后得到两个方波信号 和 ，从图中波形的对应关系可以看出，在光栅向A方向移动时， 经微分电路后产生的脉冲（如图中实线所示）正好发生在 的“1”电平时，从而经与门Y1输出一个计数脉冲。 ; ; ; ; ; 细分技术能在不增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅的分辨力。细分前，光栅的分辨力只有一个栅距的大小。采用4细分技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于原光栅的分辨力提高了3倍，测量步距是原来的1/4，较大地提高了测量精度。;光栅细分举例 ; ;; ;; 为了判断码盘旋转的方向，必须在光栏板上设置两个狭缝，其距离是码盘上的两个狭缝距离的（m+1/4）倍，m为正整数，并设置了两组对应的光敏元件，如图9-9中的A、B光敏元件，有时也称为cos、sin元件。光电编码器的输出波形如图9-11所示。有关A、B信号如何用于辨向、细分的原理已在本章第一节中论述。为了得到码盘转动的绝对位置，还须设置一个基准点，如图9-9中的“零位标志槽”。码盘每转一圈，零位标志槽对应的光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，见图9-11中的C0脉冲。 ;; 2.2 绝对式编码器 光电绝对值编码器的编码盘原理图和结构图如图9-12所示。图9-12（a）中，码盘上有四条码道。码道就是码盘上的同心圆。按照二进制分布规律，把每条码道加工成透明和不透明相间的形式。码盘的一侧安装光源，另一侧安装一排径向排列的光电管，每个光电管对准一条码道。当光源照射码盘时，如果是透明区，则光线被光电管接受，并转变成电信号，输出信号为“1”；如果不是透明区，光电管接受不到光线，输出信号为“0”。被测轴带动码盘旋转时，光电管输出的信息就代表了轴的相应位置，即绝对位置。;;; a）光电码盘的平面结构（8码道） b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4码道） ; ; ; ;;在一定的时间间隔t s内（又称闸门时间，如10s、1s、0.1s等），用角编码器所产生的脉冲数来确定速度的方法称为M法测速。 若编码器每转产生N个脉冲，在闸门时间间隔ts内得到m1个脉冲，则编码器所产生的脉冲频率f为 则转速n（单位为r/min）为; ; ; 3.1 感应同步器的结构与特点 1．感应同步器的结构 直线式感应同步器的结