智能傳感與檢測(cè)技術(shù) 課件 第9章數(shù)字式傳感器

機(jī)械工業(yè)出版社CHINAMACHINEPRESS數(shù)字式傳感器第9章智能傳感與檢測(cè)技術(shù)徐小華主編

ISBN978-7-111-76072-6數(shù)字式傳感器9智能傳感與檢測(cè)技術(shù)光柵式傳感器9.1光電編碼器9.2磁柵式傳感器9.3感應(yīng)同步器9.410.5數(shù)字式傳感器9

由大量等寬等間距的平行狹縫組成的光學(xué)器件稱為光柵。根據(jù)其材料和結(jié)構(gòu)的不同，光柵可分為透射光柵和反射光柵。數(shù)字傳感器是指將傳統(tǒng)的模擬式傳感器經(jīng)過(guò)加裝或改造A/D轉(zhuǎn)換模塊，使之輸出信號(hào)為數(shù)字量(或數(shù)字編碼)的傳感器，主要包括：放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、通訊接口、溫度測(cè)試電路等，使自動(dòng)系統(tǒng)可以包含更多智能性功能，能從其環(huán)境中獲得并處理更多不同的參數(shù)。9.1光柵式傳感器9.1.1莫爾條紋智能傳感與檢測(cè)技術(shù)數(shù)字式傳感器9莫爾條紋有兩個(gè)重要的特性：位移的方向性；位移的放大作用。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)數(shù)字式傳感器9智能傳感與檢測(cè)技術(shù)9.1.2光柵式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移，若用光電器件記錄莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動(dòng)的距離，也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量。利用上述原理，通過(guò)多個(gè)光敏器件對(duì)莫爾條紋信號(hào)進(jìn)行細(xì)分，便可檢測(cè)出比光柵距還小的位移量及被測(cè)物體的移動(dòng)方向。

光柵位移傳感器主要由主光柵、指示光柵、光源和光電器件等組成，其中主光柵和被測(cè)物體相連，它隨被測(cè)物體的直線位移而產(chǎn)生移動(dòng)。數(shù)字式傳感器9采用航空鋁材尺身、潤(rùn)滑密封條、配有防塵罩組件的光柵數(shù)顯表，可用于磨床、銑床、線切割、火花機(jī)、車床等應(yīng)用場(chǎng)合。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)9.1.3光柵傳感器的應(yīng)用光柵位移傳感器測(cè)量精度高（分辨率為0.1μm）、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍廣（0～1000mm），可進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和數(shù)字化，因而在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字式傳感器9增量式編碼器測(cè)量輸出的是當(dāng)前狀態(tài)與前一狀態(tài)的差值，即增量值。它通常是以脈沖數(shù)字形式輸出，然后用計(jì)數(shù)器計(jì)取脈沖數(shù)。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)9.2光電編碼器9.2.1增量式光電編碼器光電編碼器是將直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的一種傳感器。按信號(hào)性質(zhì)可分為增量式光電編碼器和絕對(duì)式光電編碼器。數(shù)字式傳感器9絕對(duì)式編碼器是按位移量直接進(jìn)行編碼的轉(zhuǎn)換器，其精度可達(dá)1%。它的結(jié)構(gòu)和原理可分為接觸式、光電式和電磁式。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)9.2光電編碼器9.2.2

絕對(duì)式光電編碼器編碼盤是按照一定的編碼形式制成的圓盤，絕對(duì)式光電編碼器是通過(guò)讀取編碼盤的二進(jìn)制編碼信息來(lái)獲取絕對(duì)位置信息的。數(shù)字式傳感器9磁柵傳感器由磁柵、磁頭和檢測(cè)電路組成。磁尺是用非導(dǎo)磁性材料做尺基，在尺基的上面鍍一層均勻的磁性薄膜，然后錄上一定波長(zhǎng)的磁信號(hào)而制成的。磁信號(hào)的波長(zhǎng)（周期）又稱節(jié)距，用W表示。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)9.3磁柵式傳感器9.3.1磁柵的基本概念磁柵按其結(jié)構(gòu)可分為長(zhǎng)磁柵和圓磁柵。長(zhǎng)磁柵主要用于直線位移測(cè)量，圓磁柵主要用于角位移測(cè)量。數(shù)字式傳感器9磁信號(hào)的極性是首尾相接，在N-N重疊處為正的最強(qiáng)，在S-S重疊處為負(fù)的最強(qiáng)。磁柵按其結(jié)構(gòu)可分為長(zhǎng)磁柵和圓磁柵。長(zhǎng)磁柵主要用于直線位移測(cè)量，圓磁柵主要用于角位移測(cè)量。磁柵傳感器由磁柵、磁頭和檢測(cè)電路組成。磁尺是用非導(dǎo)磁性材料做尺基，在尺基的上面鍍一層均勻的磁性薄膜，然后錄上一定波長(zhǎng)的磁信號(hào)而制成的。磁信號(hào)的波長(zhǎng)（周期）又稱節(jié)距，用W表示。9.3.2

磁柵式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理智能傳感與檢測(cè)技術(shù)數(shù)字式傳感器9磁柵位移傳感器主要用于大型機(jī)床和精密機(jī)床作為位置或位移量的檢測(cè)元件，其行程可達(dá)數(shù)十米，磁柵位移傳感器允許最高工作速度為12m/min，使用范圍0～40℃，是一種測(cè)量大位移的傳感器。磁柵位移傳感器和其他類型的位移傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，動(dòng)態(tài)范圍大（1～20m）和磁信號(hào)可以重新錄制等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是需要屏蔽和防塵。9.3.3

磁柵式數(shù)顯裝置應(yīng)用智能傳感與檢測(cè)技術(shù)數(shù)字式傳感器9智能傳感與檢測(cè)技術(shù)9.4感應(yīng)同步器9.4.1感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和類型

直線感應(yīng)同步器主要由定尺和滑尺組成。定尺和滑尺上的電路繞組都是用印刷電路工藝制成的矩形繞組，定尺繞組為單相連續(xù)繞組，節(jié)距為W2，一般取W2=2mm?；呱嫌袃山M分開的繞組，兩個(gè)繞組間的距離L1應(yīng)滿足關(guān)系：L1=(n/2+1/4)W2，其中n為正整數(shù)。因?yàn)閮衫@組相差90°相位角，故分別稱為正弦繞組和余弦繞組。數(shù)字式傳感器9當(dāng)滑尺任意繞組加交流激磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓取決于滑尺和定尺的相對(duì)位置。9.4.2

感應(yīng)同步器的工作原理智能傳感與檢測(cè)技術(shù)U2定尺滑尺余弦繞組正弦繞組USUc2τ感應(yīng)同步器兩個(gè)單元繞組之間的距離為節(jié)距，滑尺和定尺的節(jié)距均為，這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組，滑尺有兩組繞組，一組為正弦繞組，另一為余弦繞組。數(shù)字式傳感器9當(dāng)滑尺任意繞組加交流激磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓取決于滑尺和定尺的相對(duì)位置。9.4.3

感應(yīng)同步器的應(yīng)用智能傳感與檢測(cè)技術(shù)感應(yīng)同步器的特點(diǎn)：精度高--輸出的電壓是許多對(duì)極感應(yīng)電壓的平均值；適用性強(qiáng)--電磁感應(yīng)不怕油污和灰塵，不易受干擾、工作可靠、抗干擾性強(qiáng)；測(cè)量長(zhǎng)度不受限制--可多根定尺接長(zhǎng)；使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單。數(shù)字式傳感器9容柵式傳感器的結(jié)構(gòu)非常類似于平行板電容器，它是由一組排列成柵狀結(jié)構(gòu)的平行板電容器并聯(lián)而成的，如果把隨時(shí)間變化的周期信號(hào)，通過(guò)電子電路的控制，在同一瞬間以不同的相位，分別加載于順序排列的柵狀電容器各個(gè)柵極上，