12-13 數(shù)字式傳感器(1c) 1

1、2021-6-131 2021-6-132 第第13章章 數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器 光柵光柵 莫爾條紋莫爾條紋 辨向原理辨向原理 直接編碼器直接編碼器 碼制碼制 碼制轉(zhuǎn)換碼制轉(zhuǎn)換 增量編碼器增量編碼器 工作原理工作原理 頻率式傳感器頻率式傳感器 工作原理工作原理 石英晶體諧振式傳感器石英晶體諧振式傳感器 今今 日日 要要 點(diǎn)點(diǎn) 2021-6-133 第第13章章 數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器 將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出的傳感器。將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出的傳感器。 測(cè)量精度和分辨率更高測(cè)量精度和分辨率更高 抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好 測(cè)量范圍大測(cè)量范圍大 易于與計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)智能

2、化易于與計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)智能化 便于傳輸、存儲(chǔ)和信號(hào)處理便于傳輸、存儲(chǔ)和信號(hào)處理 電路便于集成化電路便于集成化 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 2021-6-134 數(shù)字傳感器的三大類數(shù)字傳感器的三大類 以脈沖形式輸出，如光柵以脈沖形式輸出，如光柵, ,磁柵等磁柵等 直接以數(shù)字量形式輸出，如直接編碼器直接以數(shù)字量形式輸出，如直接編碼器 以頻率形式輸出以頻率形式輸出 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 pa d e h i m l 數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器 2021-6-135 13.1 光柵光柵 是上面有很多等節(jié)距的刻線均勻相間是上面有很多等節(jié)距的刻線均勻相間 排列的光器件排列的光器件 物理光柵：利用光的衍射現(xiàn)象物理

3、光柵：利用光的衍射現(xiàn)象 計(jì)量光柵：利用光柵的莫爾條紋計(jì)量光柵：利用光柵的莫爾條紋 應(yīng)用應(yīng)用：長(zhǎng)度、角度的精密測(cè)量長(zhǎng)度、角度的精密測(cè)量 一、光柵一、光柵 1、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和基本原理、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和基本原理 主要有主光柵、指示光柵和光路系統(tǒng)主要有主光柵、指示光柵和光路系統(tǒng) 2021-6-136 被被 測(cè)測(cè) 物物 莫爾莫爾 條紋條紋 移動(dòng)移動(dòng) 正弦正弦 波電波電 壓壓 脈脈 沖沖 輸輸 出出 方方 波波 位位 移移 x x 光柵光柵 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 光電元光電元 件轉(zhuǎn)移件轉(zhuǎn)移 整形整形 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換邏輯電邏輯電 壓轉(zhuǎn)換壓轉(zhuǎn)換 柵距柵距* *脈沖數(shù)脈沖數(shù) 2021-6-137 在指示光柵和標(biāo)尺光柵在指示

4、光柵和標(biāo)尺光柵(動(dòng)光柵動(dòng)光柵)上刻有等間上刻有等間 距條紋，刻線密度為距條紋，刻線密度為10條條/mm、25條條/mm、50條條 /mm、100條條/mm。 2、莫爾條紋的形成與特點(diǎn)、莫爾條紋的形成與特點(diǎn) 將主光柵與指示相對(duì)疊合在一起，使兩者光將主光柵與指示相對(duì)疊合在一起，使兩者光 柵線保持很小的角度，于是在近乎垂直柵線的方柵線保持很小的角度，于是在近乎垂直柵線的方 向上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，即莫爾條紋。向上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，即莫爾條紋。 13.1 光柵光柵 2021-6-138 莫爾條紋的形成莫爾條紋的形成 W B 2sin 2 W B 例如：例如：10 B344W則則 W W B 20

5、21-6-139 莫爾條紋具有以下主要特點(diǎn)：莫爾條紋具有以下主要特點(diǎn)： （1）移動(dòng)方向：）移動(dòng)方向： 指示光柵不動(dòng)，主光柵向右移動(dòng)，莫爾條紋向下指示光柵不動(dòng)，主光柵向右移動(dòng)，莫爾條紋向下 若主光柵左移，則莫爾條紋向上移動(dòng)，指示光柵若主光柵左移，則莫爾條紋向上移動(dòng)，指示光柵 相對(duì)于主光柵形成一個(gè)順時(shí)針方向夾角相對(duì)于主光柵形成一個(gè)順時(shí)針方向夾角 （2）移動(dòng)距離：）移動(dòng)距離： 主光柵沿柵線垂直方向移動(dòng)一個(gè)光柵柵距主光柵沿柵線垂直方向移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W 時(shí)，時(shí)， 莫爾條紋正好移動(dòng)一個(gè)間距莫爾條紋正好移動(dòng)一個(gè)間距B。 很小時(shí)：很小時(shí)：BW時(shí)，莫爾條紋具有放大作用時(shí)，莫爾條紋具有放大作用 （3）平均效應(yīng)：

6、）平均效應(yīng)： 莫爾條紋具有減少光柵柵距局部誤差的作用。莫爾條紋具有減少光柵柵距局部誤差的作用。 2021-6-1310 光電轉(zhuǎn)換電壓與光柵位置的關(guān)系光電轉(zhuǎn)換電壓與光柵位置的關(guān)系 u u0 0 W/2W 理論上輸出理論上輸出 三角波三角波 U Uav av 實(shí)際波形可近實(shí)際波形可近 似描述為：似描述為： 0avm 2 uUU cos(x) W 13.1 光柵光柵 2021-6-1311 2021-6-1312 光柵尺技術(shù)參數(shù)光柵尺技術(shù)參數(shù) 機(jī)、電特性機(jī)、電特性 范范 圍圍 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度2m,3m,5m 分辨力分辨力 5m（正弦波）（正弦波）,0.1m,0.2m,0.5m, 1m（電子細(xì)分，最高到（電子細(xì)分，最高到50倍）倍） 測(cè)量長(zhǎng)度測(cè)量長(zhǎng)度 701020mm（每（每50mm一檔），一檔）， 11401840mm（每（每100mm一檔），一檔）， 20403040mm（每（每100mm一檔）一檔） 測(cè)量速度測(cè)量速度60M/分鐘分鐘 衍射（衍射（Diffraction） n波在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)障礙物波在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)障礙物 邊緣或孔隙時(shí)所發(fā)生的傳播邊緣或孔隙時(shí)所發(fā)生的傳播 方向彎曲現(xiàn)象?？紫对叫?，方向彎曲現(xiàn)象?？紫对叫。?波長(zhǎng)越大，這種現(xiàn)象就越顯波長(zhǎng)越大，這種現(xiàn)象就越顯 著。大氣中的華和寶光等都著。大氣中的華和寶光等都 是衍射現(xiàn)象。是衍射現(xiàn)象。 n衍射又