傳感器_數(shù)字式傳感器

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1、 前幾章都介紹的是模擬式傳感器，將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔M量（如電壓、電流）顯示出來(lái)。如果用數(shù)字顯示或輸入計(jì)算機(jī)，就需要A/D轉(zhuǎn)換裝置，將模擬量變成數(shù)字量。這不但增加了投資，而且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性和精確度，若直接采用數(shù)字式傳感器直接將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。數(shù)字式傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：*精確度和分辨力高；*抗干擾能力強(qiáng)，便于遠(yuǎn)距離傳輸；*信號(hào)易于處理和存儲(chǔ)；*可以減少讀數(shù)誤差。第 六 章 數(shù) 字 式 傳 感 器 數(shù)字式傳感器按工作原理不同，可分為：*脈沖數(shù)字式傳感器：光電編碼器、光柵傳感器、感應(yīng)同步器、磁柵傳感器等*頻率輸出式數(shù)字傳感器：振弦式、振筒式和振膜式傳感器。61 碼

2、盤(pán)式傳感器 這種傳感器是建立在編碼器的基礎(chǔ)上的。 按原理分：電觸式、電容式、感應(yīng)式、光電式等。 按測(cè)量對(duì)象分：測(cè)長(zhǎng)度碼尺 測(cè)角度碼盤(pán)這里只討論光電式碼盤(pán)，稱為光電編碼器.分類(lèi) 一、光電編碼器的工作原理 光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)，并輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如下： 光源 透鏡 碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸 透鏡 光敏元件 放大整形 脈沖輸出 通過(guò)計(jì)算每秒光電編

3、碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)可以提供相位相差900的兩路脈沖信號(hào)。光源 透鏡 碼盤(pán)轉(zhuǎn)軸 透鏡 光敏元件 放大整形 脈沖輸出 編碼器包括碼盤(pán)和碼尺。碼盤(pán)用于測(cè)量角度。碼尺用于測(cè)量長(zhǎng)度，測(cè)量長(zhǎng)度的實(shí)際應(yīng)用比較少。所以在這里只討論碼盤(pán)。 有多少條碼道，就有多長(zhǎng)的二進(jìn)制數(shù)，工業(yè)上常用的是21碼道。 從里向外讀數(shù) 亮：定義為高電平1 暗：定義為低電平0 零位（全黑）：000000110000缺點(diǎn)：碼道多，要求制造精度高，否則，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。二、碼制和碼盤(pán) 二進(jìn)制碼盤(pán)的粗誤差 上圖是一個(gè)四位二進(jìn)制碼盤(pán)展開(kāi)圖。當(dāng)讀數(shù)狹縫處于AA位置時(shí)，正確讀數(shù)為0111，為十進(jìn)制

4、數(shù)7。若碼道C4黑區(qū)做得太短，就誤讀為1111，為十進(jìn)制數(shù)15。反之，若黑區(qū)C 4太長(zhǎng)，當(dāng)狹縫處于AA時(shí)，就會(huì)將1000讀為0000。這兩種情況下都將產(chǎn)生粗誤差。 雙讀數(shù)頭法循環(huán)碼盤(pán) 數(shù) 字 式 角 編 碼 器 信號(hào)航空插頭（參考德國(guó)沃申道夫公司資料） 其 他 角 編 碼 器 外 形 拉線式角編碼器利用線輪，能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 其 他 角 編 碼 器 外 形（ 參 考 德 國(guó) 圖 爾 克 傳 感 與 自 動(dòng) 化 技 術(shù) 專 業(yè) 公 司 ） 光電編碼器包括增量編碼器和絕對(duì)碼編碼器兩大類(lèi)。三、增量編碼器 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖 A、B 和C 相；A、B 兩組脈

5、沖相位差 900，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而 C 相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。 增 量 式 編 碼 器轉(zhuǎn)軸 盤(pán)碼及狹縫光敏元件光欄板及辨向用的A、B狹縫LED A BC 零位標(biāo)志A BC 增 量 式 編 碼 器 增量式碼盤(pán)10碼道光電絕對(duì)式碼盤(pán) 它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。 零位標(biāo)志 思考：當(dāng)工作的過(guò)程中突然停電，兩種編碼形式的編碼器有何不同？ 增 量 式 光 電 編 碼 器 的 分 辨 力 及 分 辨 率 增量式光電編碼器的測(cè)量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤(pán)圓周上的

6、狹縫條紋數(shù)n 有關(guān)，即最小能分辨的角度及分辨率為： n 0360 n1分 辨 率 四 、 絕 對(duì) 式 編 碼 器 絕對(duì)式碼盤(pán)與增量式碼盤(pán)有何區(qū)別？ 10碼道光電絕對(duì)式碼盤(pán) 絕對(duì)式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式有接觸式、光電式等形式。 零位標(biāo)志 絕 對(duì) 式 接 觸 式 編 碼 器 演 示 4位二進(jìn)制碼盤(pán) +5V輸入 公共碼道 最小分辨角度為 =360/2n 4個(gè)電刷 光電編碼器是一種角度（角速度）檢測(cè)裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床

7、、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。 編 碼 器 在 伺 服 電 機(jī) 中 的 應(yīng) 用 利用編碼器測(cè)量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過(guò)伺服控制系統(tǒng)控制其各種運(yùn)行參數(shù)。轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)子磁極位置測(cè)量角位移測(cè)量三相電參數(shù) 閉環(huán)控制 編 碼 器 在 定 位 加 工 中 的 應(yīng) 用1絕對(duì)式編碼器 2電動(dòng)機(jī) 3轉(zhuǎn)軸 4轉(zhuǎn)盤(pán) 5工件 6刀具 62 光 柵 傳 感 器 一、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理 光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副、光電接受元件三大部分組成。光柵副是光柵傳感器的主要部分。在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵通常稱為計(jì)量光柵，它主要由主光柵（也稱標(biāo)尺光柵）和指示光柵組成。計(jì)量光柵可為透射

8、式光柵和反射式光柵兩大類(lèi)。當(dāng)標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋產(chǎn)生亮暗交替變化，利用光電接受元件，將莫爾條紋亮暗變化的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并與數(shù)字顯示，從而測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。 a bW刻線密度：（ 10，25，50，100線）/mm1000線/mm a：刻線寬度b:刻線間的縫隙寬度W：柵距，光柵常數(shù) 透射光柵是在一塊長(zhǎng)方形的光學(xué)玻璃上均勻地刻上許多條紋，形成規(guī)則排列的明暗線條。 圖610中a為刻線寬度，b為刻線間的縫隙寬度，a+b=w稱為光柵的柵距（或光柵常數(shù)） 指示光柵一般比主光柵短得多，通?？逃信c主光柵同樣密度的線紋。光源一般用鎢絲燈泡。光電元件包括光電池和光敏三極

9、管等部分。 尺身 尺身安裝孔 反射式掃描頭 （與移動(dòng)部件固定） 掃描頭安裝孔 可移動(dòng)電纜光 柵 的 外 形 及 結(jié) 構(gòu) 防塵保護(hù)罩的內(nèi)部為長(zhǎng)磁柵 掃描頭（與移動(dòng)部件固定） 光柵尺可移動(dòng)電纜光 柵 的 外 形 及 結(jié) 構(gòu) （ 續(xù) ） 透 射 式 直 光 柵 反 射 式 光 柵 透 射 式 圓 光 柵固定 莫 爾 條 紋 演 示二、莫爾條紋形成的原理及特點(diǎn)“莫爾”原出于法文Moire，意思是水波紋。法國(guó)絲綢工人 兩光柵平行-豎條紋 標(biāo)尺光柵移動(dòng)一個(gè)W，光電管接受光線亮暗一次 缺點(diǎn)：無(wú)法辨向 兩光柵成微小角度-橫條紋 （莫爾條紋） 形成黑白相間的條紋 光柵左右移動(dòng)，條紋上下移動(dòng)-可辨向 每移動(dòng)一個(gè)柵

10、距W，條紋移動(dòng)一個(gè)間距B H 莫爾條紋的重要特性 運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系 莫爾條紋近似與刻線垂直，當(dāng)夾角固定后，兩光柵相對(duì)左右移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋上下或下上移動(dòng)一個(gè)節(jié)距B，因此，可以通過(guò)檢測(cè)莫爾條紋的移動(dòng)條數(shù)和方向來(lái)判斷兩光柵相對(duì)位移的大小和方向。 位移放大關(guān)系 誤差平均效應(yīng) 莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成，對(duì)光柵的刻線誤差有平均作用。 光強(qiáng)近似于正弦變化 莫 爾 條 紋 的 位 移 放 大 作 用 在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對(duì)疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過(guò)，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯(cuò)開(kāi)處，由于相互擋光作用

11、而形成暗帶。 光柵的刻線寬度W 莫爾條紋的寬度B H BH W/ ，（ 為主光柵和指示光柵刻線的夾角，弧度） BH 莫 爾 條 紋 光 學(xué) 放 大 作 用 舉例 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： 分辨力 =柵距W =1mm/50=0.02mm=20m （由于柵距很小，因此無(wú)法觀察光強(qiáng)的變化） 莫爾條紋的寬度是柵距的32倍： BH W/ = 0.02mm/（1.8 *3.14/180 ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm由于較大，因此可以 “觀察”莫爾條紋光強(qiáng)的變化。 三.光柵位移數(shù)字轉(zhuǎn)換的基本原理1. 光柵傳感器輸出信號(hào)波形當(dāng)光柵相對(duì)位

12、移一個(gè)柵距時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋寬度，相應(yīng)照射在光電池上的光強(qiáng)度發(fā)生一個(gè)周期的變化，使輸出電信號(hào)周期變化，其輸出波形如圖： 輸出表達(dá)式： 0mCOS(2/w)X 式中，2/W為空間角頻率，W為柵距（信號(hào)周期）， X為位移。 由此可知，只要計(jì)算輸出電壓的周期數(shù)，便可測(cè)出位移量。從而實(shí)現(xiàn)了位移量向電量的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)周期內(nèi)，V的變化是位移在一個(gè)柵距內(nèi)變化的余弦函數(shù)，每一周期對(duì)應(yīng)一個(gè)柵距。 但是如果只用一個(gè)光電元件，其輸出信號(hào)還存在兩個(gè)問(wèn)題： 辨向問(wèn)題：用一個(gè)光電元件無(wú)法辨別運(yùn)動(dòng)方向； 精度低；分辨力只為一個(gè)柵距W。 怎么解決這兩個(gè)問(wèn)題呢？ 四、辨向電路及波形 在實(shí)際應(yīng)用中，大部分被測(cè)物體的移動(dòng)往往

13、不是單向的，既有正向運(yùn)動(dòng)，也可能有反向運(yùn)動(dòng)。單個(gè)光電元件接收一固定點(diǎn)的莫爾條紋信號(hào)，只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動(dòng)方向，因而就不能判別運(yùn)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)方向，以致不能正確測(cè)量位移。 辨向電路及波形 細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個(gè)柵距的大小。采用4細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高了4倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3倍，測(cè)量步距是原來(lái)的1/4，較大地提高了測(cè)量精度。提高光柵的分辨力 對(duì)柵線進(jìn)行加密采用細(xì)分技術(shù) 四細(xì)分l直接細(xì)分（放置4個(gè)光電元件） 光 柵 細(xì) 分 舉 例 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，細(xì)分?jǐn)?shù)為4細(xì)分，則： 分辨力

14、=（1mm/50）/4=0.005mm=5m 采用細(xì)分技術(shù)，在不增加光柵刻線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提高了3倍。 電阻電橋細(xì)分法（矢量和法） 電阻鏈細(xì)分法（電阻分割法） 鎖向倍頻法 為 光 柵 設(shè) 計(jì) 的 專 用 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 接 器 （ 光 柵 計(jì) 數(shù) 卡 ） 內(nèi)部包含以下電路：放大、整形、細(xì)分、辨向、報(bào)警、阻抗變換等。 為 光 柵 設(shè) 計(jì)的 專 用 信 號(hào) 處 理 單 元 （ 光 柵 插 補(bǔ) 器 ） 功能同上頁(yè) 光 柵 在 機(jī) 床 上 的 安 裝 位 置 （ 2個(gè) 自 由 度 ） 光 柵 在 機(jī) 床 上 的 安 裝 位 置 （ 3個(gè) 自 由 度 ）數(shù) 顯 表 2自 由 度 光 柵 數(shù) 顯

15、 表 X位 移 顯 示Z（ Y） 位 移 顯 示 3自 由 度 光 柵 數(shù) 顯 表 光 柵 數(shù) 顯 表 （ 續(xù) ）三座標(biāo)數(shù)顯表 SDS8-3E 光 柵 數(shù) 顯 箱 功 能 : 公制/英制轉(zhuǎn)換絕對(duì)/相對(duì)轉(zhuǎn)換線性誤差補(bǔ)償正反方向計(jì)算歸零插值補(bǔ)償?shù)竭_(dá)目標(biāo)值停機(jī)PCD圓周分孔200組零位記憶電蝕深度目標(biāo)值顯示實(shí)時(shí)工作位置顯示掉電記憶 6-3 感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器也是一種用來(lái)測(cè)量位移量的數(shù)字式傳感器，它是利用兩個(gè)平面型繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的，它的工作原理與變壓器的工作原理類(lèi)似，又稱平面變壓器。 感應(yīng)同步器由兩個(gè)平面形印刷繞組組成，平面繞組是用銅箔加工而成，粘在鋼板上或鑄鐵制成的基體上，

16、兩個(gè)繞組相當(dāng)于變壓器的兩個(gè)線圈。 感應(yīng)同步器有兩種，一種是直線感應(yīng)同步器，用來(lái)測(cè)量線位移，兩個(gè)繞組分為定尺繞組和滑尺繞組。 另一種是圓感應(yīng)同步器，用來(lái)測(cè)量角位移。兩個(gè)繞組分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。 定尺和轉(zhuǎn)子的繞組為連續(xù)繞組，相當(dāng)于變壓器的副邊，用于輸出與位移有關(guān)的信號(hào)?；吆投ㄗ拥睦@組為分段繞組（又稱為正、余弦繞組），工作時(shí)輸入激磁電壓，用以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。一. 感應(yīng)同步器的種類(lèi)及結(jié)構(gòu) 直線型感應(yīng)同步器的基本結(jié)構(gòu)： 由定尺和滑尺組成定尺安裝在固定部件上（如機(jī)床臺(tái)座），滑尺與運(yùn)動(dòng)部件（如機(jī)床刀架）一起沿定尺移動(dòng)。 繞組分布不同定尺是連續(xù)繞組，滑尺是分段繞組。分段繞組分為兩組，布置成在空間相差90相

17、角，又稱為正、余弦繞組。 圖6-23 結(jié) 構(gòu) 組 成節(jié)距：繞組在長(zhǎng)度方向的分布周期 滑尺與定尺相對(duì)移動(dòng)時(shí)，定尺繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與兩尺的相對(duì)位移成正比 正弦繞組 余弦繞組 圓盤(pán)式感應(yīng)同步器（旋轉(zhuǎn)式） 圓盤(pán)式感應(yīng)同步器由定子和轉(zhuǎn)子組成，形狀呈圓片形，定子相當(dāng)于直線式感應(yīng)同步器的滑尺，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于定尺。 1 2 2 21 1( )2 4 2 4k kl w w w 滑尺繞組上的正弦繞組和余弦繞組在空間上相差/2，或k /2。這個(gè)空間角如下確定：設(shè)定尺的節(jié)距為w2=2(a2+b2),相當(dāng)于空間角2，對(duì)應(yīng)于一個(gè)周期，則滑尺兩繞組（正弦繞組，余弦繞組）之間的距離:2k k為整數(shù),在這里w2相當(dāng)于一個(gè)周期2

18、 l1 相當(dāng)于對(duì)于圓感應(yīng)同步器，其定子的正余弦繞組同樣滿足相差90 定尺或滑尺其中一種繞組上通以交流激勵(lì)電壓，由于電磁耦合，在另一種繞組上就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)隨定尺與滑尺的相對(duì)位置不同呈正弦、余弦函數(shù)變化。再通過(guò)對(duì)此信號(hào)的處理，便可測(cè)量出直線位移量。定尺與滑尺間的氣隙應(yīng)保持在0.250.05mm范圍內(nèi)。二. 工作原理 以直線感應(yīng)同步器為例，當(dāng)兩繞組位置相對(duì)固定時(shí)，滑尺繞組中的激磁電流使定尺繞組中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，其大小為：diE M dt M為互感系數(shù) Vi RM dv dvE kR dt dt 如果假設(shè)繞組的自感系數(shù)很小，且激磁頻率較低，則滑尺激磁繞組可視為純電阻，則激磁電流為：,所以

19、有 K稱為電磁耦合系數(shù) 隨著兩繞組間的位置關(guān)系不同，定尺中的感應(yīng)電勢(shì)大小是不同的，我們可以具體分析如下：見(jiàn)P129 圖6-26當(dāng)滑尺與定尺間的相對(duì)位置按下面規(guī)律變化，以正弦繞組為例：1. x=o時(shí)：這時(shí)兩繞組完全重合，通過(guò)定尺的耦合磁通最大，這時(shí)定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)最大。2. x=1/4W時(shí)：滑尺跨在定尺的兩側(cè)，定尺中的感應(yīng)電勢(shì)相互抵消為零。3. x=1/2W時(shí)：滑尺與定尺重合，但感應(yīng)電勢(shì)方向與x=0時(shí)相反，達(dá)到反方向最大。4. x=3/4W時(shí)：定尺中感應(yīng)電勢(shì)為零。 cos sS dvE K dt 22 xw 因此，對(duì)于正弦繞組激磁而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的大小為： cos為位置系數(shù)，1 214l

20、 w sin cC dvE K dt同理，若設(shè) ，則可推出對(duì)于余弦繞組激磁而產(chǎn)生的而總電勢(shì)為： (cos sin )s cS C dv dvE E E K dt dt 這里討論是在理想情況下近似的，實(shí)際的輸出中還存在有其它高次諧波及干擾。 一般情況下，激磁電壓，感應(yīng)電勢(shì)；但激磁電壓太大（i增大），引起發(fā)熱，致使不能正常工作。V=12V.【演示】感應(yīng)電勢(shì)為： 三. 感應(yīng)同步器的工作方式感應(yīng)同步器工作方式通常分為： 鑒相型 鑒幅型 (cos cos sin sin ) 2cos( ) cos( )S C mm mE E E k V t tk V t k V t xw 鑒相型工作方式鑒相型工作方式是

21、根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量的一種工作方式。激磁方式：對(duì)滑尺的正余弦繞組分別供以幅值相同，但相位相差90的交流方波。sincosS m C mV V tV V t 這時(shí) cos cos cossin sin sinsS mcC mdvE k kV tdtdvE k kV tdt 總電勢(shì)為： 這相當(dāng)于一個(gè)相位調(diào)制波，當(dāng)位移X發(fā)生變化時(shí)，輸出信號(hào)的相位發(fā)生變化。 由上述討論可知，輸出信號(hào)的幅值與激磁電壓（相當(dāng)于載波）的頻率有關(guān)。激磁頻率越高，輸出幅值越大，且可使測(cè)量速度提高。但若激磁頻率過(guò)高，則導(dǎo)致感抗增加，容抗減小，使測(cè)量精度下降。 從上面討論還可以看出，在一個(gè)節(jié)距w內(nèi)，感應(yīng)輸出電壓的相位

22、與滑尺和定尺間位移x相對(duì)應(yīng)，每當(dāng)位移變化一個(gè)節(jié)距，變化2角度，輸出信號(hào)的相位變化一個(gè)周期，因此，必須采用累加計(jì)數(shù)的辦法求總的位移量。 鑒幅型工作方式通過(guò)輸出電壓幅值變化來(lái)測(cè)量位移。激磁方式：滑尺的正、余弦繞組分別加以頻率相同、相位相同、但幅值不等（按正、余弦規(guī)律變化）的交流電壓。 sin sincos sinS m C mV V tV V t cos sin cos cossin cos sin cossS mcC mdvE k k V tdtdvE k k V tdt sin( )cos2sin( )cosS C mmE E E k V tk V x tw 可見(jiàn)，當(dāng)激磁電壓不變，固定，則輸出

23、信號(hào)幅值與相對(duì)位移x有關(guān)。 設(shè)初始= ；如果，說(shuō)明由位移存在，若設(shè)法改變 ，使，則通過(guò)計(jì)算的變化量便可求得x的大小。 感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)： 具有較高的分辨力和精度。長(zhǎng)感應(yīng)同步器：精度1.5m，分辨力0.05 m，重復(fù)性0.2 m。 抗干擾能力強(qiáng)； 使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單； 可以做長(zhǎng)距離位移測(cè)量；定尺拼接 工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。 應(yīng)用：大位移靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)量。 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 程控?cái)?shù)控機(jī)床 高精度重型機(jī)床 感應(yīng)同步器 定尺、滑尺 感應(yīng)同步器 數(shù)顯表 感應(yīng)同步器 容柵傳感器 容柵傳感器是一種可測(cè)量大位移的變面積電容式數(shù)字傳感器。 容柵傳感器分為直線型、圓型和圓筒形容柵傳感器，前兩種用于直

24、線位移測(cè)量，第三種用于角位移測(cè)量。 容柵傳感器由動(dòng)尺和定尺組成，兩者保持很小的間隙。動(dòng)尺上有多個(gè)發(fā)射電極和一個(gè)長(zhǎng)條形接收電極；定尺包含多個(gè)相互絕緣的反射電極和一個(gè)屏蔽電極。 發(fā) 射 電 極 分 為 6組 ， 每 組 8個(gè) 電 極 ， 編 號(hào) 相 同 的 電 極 施 加 相 同 激勵(lì) 信 號(hào) ， 相 鄰 電 極 上 激 勵(lì) 信 號(hào) 相 位 差 為 45度 。 直線式容柵傳感器結(jié)構(gòu) 容柵傳感器的應(yīng)用 數(shù)顯千分尺 64 振弦式傳感器 管、弦、鐘、鼓等樂(lè)器利用諧振原理而可奏樂(lè)，這早已為人們所熟知。而把振弦、振筒、振梁和振膜等彈性振體的諧振特性成功地用于傳感器技術(shù)，這卻是近幾十年的事。彈性振體頻率式傳感

25、器就是應(yīng)用振弦、振筒、振梁和振膜等彈性振體的固有振動(dòng)頻率（自振諧振頻率）來(lái)測(cè)量有關(guān)參數(shù)的。 振弦式傳感器以張緊的鋼弦作為敏感元件，其弦振動(dòng)的固有頻率與張緊力有關(guān)。 當(dāng)振弦長(zhǎng)度確定后，弦的振動(dòng)頻率變化量即可表示張緊力的大小。 其輸入量為力，輸出量為頻率信號(hào)。 工作原理： 式中 ： l 振弦的有效長(zhǎng)度；振弦的線密度(單位長(zhǎng)度的質(zhì)量)。振弦的固有頻率f0： 應(yīng)用： 利用振弦的固有頻率與其張力的函數(shù)關(guān)系，可以做成壓力、力、力矩或加速度傳感器； 利用振弦的固有頻率與其長(zhǎng)度l的函數(shù)關(guān)系，可以做成溫度式、位移式傳感器。 思考題：1、什么是莫爾條紋的放大作用？2、設(shè)有一光柵，其刻線數(shù)為250線/mm，要用它測(cè)

26、量1微米的位移，應(yīng)采取什么措施？3、感應(yīng)同步器如何在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用？4、感應(yīng)同步器繞組節(jié)距通常為2mm，為什么可以用它測(cè)出0.01mm的位移量？5、振弦式傳感器輸出的是什么信號(hào)？ 四 、 絕 對(duì) 式 編 碼 器 絕對(duì)式碼盤(pán)與增量式碼盤(pán)有何區(qū)別？ 10碼道光電絕對(duì)式碼盤(pán) 絕對(duì)式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式有接觸式、光電式等形式。 零位標(biāo)志 62 光 柵 傳 感 器 一、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理 光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副、光電接受元件三大部分組成。光柵副是光柵傳感器的主要部分。在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵通常稱為計(jì)量光柵，它主要由主光柵（也稱標(biāo)尺

27、光柵）和指示光柵組成。計(jì)量光柵可為透射式光柵和反射式光柵兩大類(lèi)。當(dāng)標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋產(chǎn)生亮暗交替變化，利用光電接受元件，將莫爾條紋亮暗變化的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并與數(shù)字顯示，從而測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。 細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個(gè)柵距的大小。采用4細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高了4倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3倍，測(cè)量步距是原來(lái)的1/4，較大地提高了測(cè)量精度。提高光柵的分辨力 對(duì)柵線進(jìn)行加密采用細(xì)分技術(shù) 四細(xì)分l直接細(xì)分（放置4個(gè)光電元件） 光 柵 細(xì) 分 舉 例 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，細(xì)分?jǐn)?shù)為4細(xì)分，則： 分辨力 =（1mm/50）/4=0.005mm=5m 采用細(xì)分技術(shù)，在不增加光柵刻線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提高了3倍。 2自 由 度 光 柵 數(shù) 顯 表 X位 移 顯 示Z（ Y） 位 移 顯 示 感應(yīng)同步器 定尺、滑尺 感應(yīng)同步器 數(shù)顯表 感應(yīng)同步器