電子課件《傳感器應(yīng)用技術(shù)》B02964142

1、第四章 位置傳感器第二節(jié) 數(shù)字式位移傳感器數(shù)字傳感器是一種能把被測模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的輸出裝置，它具有檢測精度高、使用壽命長、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。目前，常用的數(shù)字式傳感器有柵式數(shù)字傳感器、感應(yīng)同步式數(shù)字傳感器等，柵式數(shù)字傳感器根據(jù)工作原理的不同又分為光柵式和磁柵式兩種。一、光柵式位移傳感器光柵式位移傳感器主要用于長度和角度的精密測量以及數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測等，具有測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、適用于實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量和自動測量等特點(diǎn)，在坐標(biāo)測量儀和數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。1.光柵（1）光柵的類型 光柵結(jié)構(gòu)一、光柵式位移傳感器光柵按其原理和用途可分為物理光柵和計量光柵。物理光柵主要

2、用于光譜分析和光波長等量的測量；計量光柵主要利用莫爾現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)長度、角度、速度、加速度、震動等幾何量的測量。按其透射形式，光柵可分為透射式光柵和反射式光柵。按其柵線形式，光柵可分為黑白光柵（幅值光柵）和閃耀光柵（相位光柵）。按其應(yīng)用類型，光柵可分為長光柵和圓光柵。目前還發(fā)展了激光全息光柵和偏振光柵等新型光柵。一、光柵式位移傳感器（2）莫爾條紋計量光柵是利用莫爾現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)幾何量的測量的。摩爾條紋的原理如圖所示。除橫向莫爾條紋外，還有光閘莫爾條紋。莫爾條紋 一、光柵式位移傳感器（3）莫爾條紋的重要特性1）平均效應(yīng) 2）放大作用 3）對應(yīng)關(guān)系 一、光柵式位移傳感器2.光柵式位移傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理光柵

3、式位移傳感器是利用莫爾條紋將光柵柵距的變化轉(zhuǎn)換成莫爾條紋的變化的，只要利用光電元件檢測出莫爾條紋的變化次數(shù)，就可以計算出光柵尺移動的距離。光柵式位移傳感器作為一個獨(dú)立完整的測量系統(tǒng)，它包括光柵尺和光柵顯數(shù)表兩部分。（1）光柵尺1-主光柵；2-指示光柵；3-光電元件；4-聚光鏡；5-光源光柵式位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖一、光柵式位移傳感器（2）光柵數(shù)顯表光柵數(shù)顯表由放大整形電路、辨向和細(xì)分電路、可逆電子計數(shù)器以及顯示電路組成。1）辨向電路2）細(xì)分 所謂細(xì)分（也叫倍頻），是在莫爾條紋變化一個周期內(nèi)輸出若干個脈沖，減小脈沖當(dāng)量，從而提高測量精度。 1,2-光電元件；3-莫爾條紋；4-指示光柵a）光柵；b

4、）判相電路c）右移波形；d）左移波形辨向電路的工作原理一、光柵式位移傳感器3.光柵傳感器的應(yīng)用如圖所示，光柵式傳感器用于數(shù)控機(jī)床的位置檢測和位置閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。數(shù)控機(jī)床位置控制框圖一、光柵式位移傳感器4.光柵式位移傳感器的使用注意事項（1）光柵式位移傳感器與數(shù)顯表插頭在插拔時應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行。（2）盡可能外加保護(hù)罩，并及時清理濺落在尺上的切削和油液，嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵式位移傳感器殼體內(nèi)部。（3）定期檢查各安裝連接螺釘是否松動。（4）為延長防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻涂上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。（5）為保證光柵式位移傳感器使用的可靠性，可每隔一段時間用乙醇混合液（

5、50%乙醇）清洗擦拭全光柵尺面及指示光柵面，保持玻璃光柵尺面清潔。一、光柵式位移傳感器（6）光柵式位移傳感器嚴(yán)禁劇烈震動及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵式位移傳感器即失效了。（7）不要自行拆開光柵式位移傳感器，更不能任意改動主柵尺與副柵尺的相對間距，否則，一方面可能破壞光柵式位移傳感器的精度，另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵線，從而造成光柵尺報廢。（8）應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面，以免破壞光柵尺線條紋的分布，引起測量誤差。（9）光柵式位移傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量。二、磁柵式位移傳感器

6、磁柵式位移傳感器是一種利用電磁特性和錄磁原理對線位移（長度）測量的傳感器。在機(jī)床上用于線位移測量時，可極大地提高測量精度。磁柵式位移傳感器由磁性標(biāo)尺、拾磁磁頭和檢測電路三部分組成。磁柵式位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。 磁柵式位移傳感器的結(jié)構(gòu)三、感應(yīng)同步器應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作的一種較精密的位移傳感器，它具有對環(huán)境要求低、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)簡單、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。它與數(shù)顯表配合使用，能測0.01mm甚至0.001mm的直線位移或0.5的角位移，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，還可用于大位移的測量，所以在自動檢測和自動控制系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。1.感應(yīng)同步器的種類及結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器按其用途不同，可分為測量

7、直線位移的直線感應(yīng)同步器和測量角位移的圓感應(yīng)同步器兩大類。三、感應(yīng)同步器（1）直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成，如圖所示。直線感應(yīng)同步器外形示意圖直線感應(yīng)同步器印制電路繞組三、感應(yīng)同步器根據(jù)運(yùn)行方式、精度要求、測量范圍以及安裝條件等，直線感應(yīng)同步器有不同的尺寸、形狀和種類。1）標(biāo)準(zhǔn)型 2）窄型 3）帶型 （2）圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器由定子和轉(zhuǎn)子組成，如圖所示。圓感應(yīng)同步器繞組三、感應(yīng)同步器2.感應(yīng)同步器的工作原理當(dāng)給滑尺上某一勵磁繞組加上交流電壓時，由于電磁感應(yīng)，在定尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此時如果滑尺與定尺之間發(fā)生相對位移，那么由于電磁耦合關(guān)系發(fā)生變化，定尺繞組中的感應(yīng)電勢將隨

8、著位移的變化而按一定規(guī)律變化。感應(yīng)同步器就是根據(jù)此原理進(jìn)行檢測的。根據(jù)滑尺勵磁繞組供電方式不同，感應(yīng)同步器有鑒幅式和鑒相式兩種工作方式。（1）鑒幅工作方式（2）鑒相工作方式三、感應(yīng)同步器3.感應(yīng)同步器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用如圖所示為鑒相工作方式的感應(yīng)同步器其不僅可用做位移測量，而且也可以作為數(shù)字控制系統(tǒng)的閉環(huán)反饋元件。 鑒相型感應(yīng)同步器控制原理圖三、感應(yīng)同步器（1）工作原理介紹（2）感應(yīng)同步器的安裝如圖所示是感應(yīng)同步器的安裝結(jié)構(gòu)圖。1-機(jī)床不動件；2-機(jī)床移動部件；3-定尺座；4-防護(hù)罩；5-滑尺；6-滑尺座；7-調(diào)整板；8-定尺感應(yīng)同步器的安裝結(jié)構(gòu)圖四、編碼器編碼器是一種將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)

9、換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。編碼器主要分為脈沖盤式編碼器和碼盤式編碼器兩大類。1.脈沖盤式編碼器（1）脈沖盤式編碼器結(jié)構(gòu)和工作原理脈沖盤式編碼器原理四、編碼器（2）脈沖盤式編碼器的辨向方式為了辨別碼盤的轉(zhuǎn)動方向，可以采用如圖所示的原理圖。辨向原理圖四、編碼器2.碼盤式編碼器碼盤式編碼器也稱為絕對編碼器，它將角度轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，能方便地與數(shù)字系統(tǒng)（如微機(jī)）連接。碼盤式編碼器按其結(jié)構(gòu)可分為接觸式、光電式和電磁式三種，后兩種為非接觸式編碼器。四、編碼器（1）接觸式編碼器接觸式編碼器由碼盤和電刷組成。如圖所示,是一個四位8421碼制的編碼器的碼盤示意圖。a）8421碼制碼盤；b）四位循環(huán)碼的碼盤接觸式四位二進(jìn)制碼盤四、編碼器（2）光電式編碼器光電式編碼器采用非接觸測量，允許高速轉(zhuǎn)動，有較長的使用壽命和較高的可靠性，所以在自動控制和自動測量技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。光電式編碼器結(jié)構(gòu)示意圖光電編碼器的精度和分