傳感與視覺檢測(cè)技術(shù) 課件 4-1 掃一掃教學(xué)課件：看數(shù)字式傳感器及其應(yīng)用

工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材

高等職業(yè)院?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”系列精品教材賀道坤張偉建主編宣言歐娟娟張董副主編傳感與視覺檢測(cè)技術(shù)（ISBN）電子工業(yè)出版社

第一講

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第一講第4章數(shù)字式傳感器及應(yīng)用4.1絕對(duì)式編碼器2接觸式角編碼器1.編碼器及其分類3.絕對(duì)式光電角編碼器及應(yīng)用4.小結(jié)及答疑絕對(duì)式編碼器目錄絕對(duì)式編碼器1.編碼器分類絕對(duì)式角編碼器增量式角編碼器

編碼器：將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的模擬量（角位移）轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號(hào)的傳感器。

特點(diǎn)：高精度、高分辨率和高可靠性。用于各種位移的測(cè)量。

分類：主要分為脈沖盤式編碼器和碼盤式編碼器。絕對(duì)式編碼器1.編碼器分類位置傳感器直線式直線光柵長(zhǎng)磁柵旋轉(zhuǎn)式角編碼器圓光柵圓磁柵絕對(duì)式編碼器1.編碼器分類絕對(duì)式角編碼器增量式角編碼器絕對(duì)式編碼器1.編碼器分類編碼器測(cè)量增量式測(cè)量絕對(duì)式測(cè)量位移增量脈沖形式零位標(biāo)志作起點(diǎn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式斷電數(shù)據(jù)保存絕對(duì)式編碼器2.接觸式角編碼器10θ絕對(duì)式角編碼器自然二進(jìn)制碼或格雷碼01按照角度直接進(jìn)行編碼，可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用一串二進(jìn)制編碼表示出來絕對(duì)式編碼器接觸式光電式絕對(duì)式編碼器2.接觸式角編碼器4個(gè)電刷4位二進(jìn)制碼盤+5V輸入

公共碼道

最小分辨角度為α=360o/2n

=360÷16=22.5o絕對(duì)式編碼器3.絕對(duì)式光電角編碼器及應(yīng)用光電碼盤的平面結(jié)構(gòu)（8碼道）光電碼盤與光源、光敏元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系（4碼道）高位低位光源光電碼盤光敏元件絕對(duì)式編碼器3.絕對(duì)式光電角編碼器及應(yīng)用V1V2V3V4結(jié)果000000001100102001130100401015》》》111115高位低位

分辨力？

α=360o/2n=22.5o絕對(duì)式編碼器3.絕對(duì)式光電角編碼器及應(yīng)用絕對(duì)式編碼器3.絕對(duì)式光電角編碼器及應(yīng)用德國(guó)沃申道夫公司風(fēng)機(jī)絕對(duì)式編碼器4.小結(jié)及答疑編碼器的分類

工作原理

結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

絕對(duì)式編碼器思考題絕對(duì)式編碼器01絕對(duì)式編碼器的工作碼盤的計(jì)算原理以及格雷碼是如何實(shí)現(xiàn)角位移計(jì)數(shù)？思考和操作

第一講

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第一講數(shù)字式傳感器及應(yīng)用4.2增量式編碼器2.增量式編碼器結(jié)構(gòu)1.增量式編碼器工作原理3.兩種編碼器的區(qū)別4.小結(jié)與答疑增量式編碼器目錄增量式編碼器1.增量式編碼器工作原理

(1)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。增量式編碼器接觸式光電式

(2)以脈沖數(shù)字形式輸出與計(jì)數(shù)

(3)需要零位標(biāo)志。練一練：若用增量式光電編碼器或光柵測(cè)量直線位移，若每脈沖代表位移為0.01mm，脈沖計(jì)數(shù)值為200時(shí)，則位移是多少？分辨力是多少？缺點(diǎn)：

一旦斷電，無法得知絕對(duì)位置增量式編碼器1.增量式編碼器工作原理縫隙整形放大獲得縫隙數(shù)，脈沖數(shù)A、B用于辨別方向增量式編碼器2.增量式編碼器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸LED光源光攔板/辨向A，B零位標(biāo)志光敏元件碼盤及狹縫增量式編碼器2.增量式編碼器結(jié)構(gòu)分辨力：取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)n有關(guān)。增量式編碼器2.增量式編碼器結(jié)構(gòu)增量式編碼器3.兩種編碼器的比較絕對(duì)式光電碼盤（12碼道）增量式光電碼盤（1024位）1）傳送在一轉(zhuǎn)中每一步的唯一的位置信息2）位置信息斷電也能保存3）角度測(cè)量、位置檢測(cè)及往復(fù)運(yùn)動(dòng)1）一般用來測(cè)試速度與方向2）也可以角度測(cè)量3）位置信息斷電不保存增量式編碼器4.小結(jié)增量編碼器結(jié)構(gòu)組成

工作原理

區(qū)別

增量式編碼器思考題增量式編碼器01兩種編碼器的區(qū)別和適用范圍，并舉例說明？思考和操作

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第一講數(shù)字式傳感器及應(yīng)用4.3光柵傳感器2.

光柵傳感器的工作原理1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)與分類3.光柵傳感器的應(yīng)用4.小結(jié)與答疑光柵傳感器目錄光柵傳感器1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)與分類光柵是由很多等節(jié)距的透光的縫隙或不透光的刻線均勻、相間排列而成的光電器件?？叹€蒸鍍?cè)陂L(zhǎng)條形或圓形的光學(xué)玻璃或金屬片上?？叹€寬度a縫隙寬度b柵距：a+b光柵傳感器1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)與分類光柵傳感器原理物理光柵計(jì)量光柵光的走向透射光柵反射光柵應(yīng)用長(zhǎng)光柵圓光柵光柵傳感器1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)與分類反射式光柵紅外光源透鏡柵格光電二極管接受器光柵傳感器1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)與分類透射式光柵紅外光源透鏡柵格光電二極管接受器光柵傳感器1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)與分類（1）光源、透鏡；（2）光柵副（主光柵和指示光柵）；（3）光電接收元件組成。光柵傳感器1.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)與分類尺身防塵保護(hù)罩的內(nèi)部為長(zhǎng)磁柵反射式掃描頭可移動(dòng)電纜光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理間距B與柵距W及兩光柵夾角θ的關(guān)系。光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理主光柵指示光柵莫爾條紋光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理（1）放大作用及減少誤差；（2）根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向可以辨別光柵的移動(dòng)方向。莫爾條紋的特點(diǎn)光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理

有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，主光柵與指示光柵的夾角

=1.8

，則：

主光柵：分辨力

=柵距W=1mm/50=0.02mm=20

mL≈W/θ=0.02mm/（1.8

*3.14/180

）

=0.02mm/0.0314=0.637mm莫爾條紋的寬度是柵距的32倍，大大增加了光電池的獲取能力。莫爾條紋的放大特點(diǎn)柵距過小，無法直接觀測(cè)放大后的條紋可以用小面積的光電池“觀察”莫爾條紋光強(qiáng)的變化。光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理被測(cè)物體位移莫爾條紋移動(dòng)生成正弦波轉(zhuǎn)變成方波脈沖1）轉(zhuǎn)換2）放大3）細(xì)分工作原理被測(cè)物體位移=柵距X脈沖數(shù)光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理細(xì)分前細(xì)分后脈沖倍頻細(xì)分光柵傳感器3.光柵傳感器的應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用特點(diǎn)：測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍廣、可進(jìn)行無接觸測(cè)量、易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和數(shù)字化。測(cè)距測(cè)速測(cè)加速度測(cè)振機(jī)械行業(yè)光柵傳感器3.光柵傳感器的應(yīng)用測(cè)距應(yīng)用光柵位移傳感器光柵傳感器3.光柵傳感器的應(yīng)用測(cè)角應(yīng)用圓光柵傳感器光柵傳感器3.光柵傳感器的應(yīng)用安全保護(hù)安全光柵光柵傳感器4.小結(jié)增量編碼器結(jié)構(gòu)組成

工作原理

區(qū)別

光柵傳感器4.4磁柵的基本原理及應(yīng)用目錄PAGEDIRECTORY磁柵的基本原理磁柵的特點(diǎn)磁柵的具體應(yīng)用010203

磁柵的基本原理及應(yīng)用磁柵傳感器的基本原理01磁柵制作過程中，需在磁尺上進(jìn)行錄磁，錄磁要求節(jié)距嚴(yán)格一致，其原理與錄音方法相似；磁柵使用時(shí)，將所錄磁信號(hào)作為計(jì)數(shù)電信號(hào)，利用脈沖信號(hào)量與節(jié)距長(zhǎng)度，對(duì)磁頭移動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)算。磁柵傳感器的基本原理01左圖為磁柵傳感器的基本原理圖，1為由磁頭，2為磁尺，3為檢測(cè)電路。磁尺：磁尺上錄有等間距的錄上的一定波長(zhǎng)磁信號(hào)，該波長(zhǎng)我們稱為節(jié)距，磁信號(hào)的極性是首尾相接，NN重疊為正極最強(qiáng)，SS重疊為負(fù)極最強(qiáng)。磁頭：磁頭由勵(lì)磁繞組N1和感應(yīng)輸出繞組N2組成，工作原理：在N1中通入交變的勵(lì)磁電流，使磁芯的可飽和部分在每周期內(nèi)發(fā)生兩次磁飽和。磁飽和時(shí)磁芯的磁阻很大，N2不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。只有在勵(lì)磁電流每周兩次過零時(shí)磁芯導(dǎo)磁時(shí)，N2才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，e反應(yīng)磁頭與磁尺的位置關(guān)系，其幅值與磁柵到磁芯漏磁通的大小成正比，可得：

Em－感應(yīng)電勢(shì)的幅值W－磁柵信號(hào)的節(jié)距x－機(jī)械位移量磁柵傳感器的特點(diǎn)02缺點(diǎn)：因?yàn)榇懦吲c磁頭有物理接觸，易磨損，因此使用壽命不如光柵，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間使用易退磁，精度降低明顯。優(yōu)點(diǎn):造價(jià)低、錄磁方便、易于安裝，測(cè)量范圍寬可超過十幾米，抗干擾能力強(qiáng)；磁柵的應(yīng)用03磁柵尺：量程極大，可達(dá)10米以上磁柵的應(yīng)用03內(nèi)置于油缸內(nèi)通過位移檢測(cè)反饋行程信息磁柵的應(yīng)用03磁柵也可以應(yīng)用于大型機(jī)床，比如磨床等。磁尺磁頭磁柵的應(yīng)用03數(shù)顯磁柵表，使用方便快捷，應(yīng)用廣泛木工機(jī)械石材切割磁柵的應(yīng)用03圓磁柵，磁環(huán)，角度編碼器小結(jié)與思考雙磁頭磁柵的意義何在

你在生活中的常見磁柵應(yīng)用

磁柵4.5容柵的基本原理及應(yīng)用目錄PAGEDIRECTORY容柵的基本原理容柵的特點(diǎn)容柵的具體應(yīng)用010203

容柵的基本原理及應(yīng)用容柵傳感器的基本原理01容柵傳感器基于變面積工作原理的電容傳感器因?yàn)殡姌O排列如同柵狀，故稱容柵容柵傳感器的基本原理01電容傳感原理

A

兩極板相互遮蓋的有效面積d兩極板的距離，也稱為極距；兩極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)真空的介電常數(shù)電容量的大小和哪些因素有關(guān)呢？容柵傳感器的基本原理01容柵分為動(dòng)極板與定極板，定極板為兩組等間隔交叉的極柵，動(dòng)極板的極距相同且柵寬相同。根據(jù)電容計(jì)算公式，動(dòng)極板相對(duì)于定極板移動(dòng)時(shí)，機(jī)械位移量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙葜档淖兓ㄟ^電路轉(zhuǎn)化得到電信號(hào)的相應(yīng)變化量。

容柵傳