传感器技术及其应用 第2版 教学课件 ppt 作者 陈黎敏 6 位移传感器

1、1 Technology & Application of Sensor机械工业出版社传感器技术及其应用2 * 第6章 位移传感器3 6.1 光栅位移编码器6.2 光电编码器6.3 磁栅传感器6.4 感应同步器6.5 综合应用技能实训第第6章章 位移传感器位移传感器4 6.1 5 6 7 脉冲细分脉冲细分 细分技术能在不增加光栅细分技术能在不增加光栅刻线数及价格的情况下提高刻线数及价格的情况下提高光栅的分辨力。细分前，光光栅的分辨力。细分前，光栅的分辨力只有一个栅距的栅的分辨力只有一个栅距的大小。采用大小。采用4 4细分技术后，计细分技术后，计数脉冲的频率提高了数脉冲的频率提高了4 4

2、倍，相倍，相当于原光栅的分辨力提高了当于原光栅的分辨力提高了3 3倍，测量步距是原来的倍，测量步距是原来的1/41/4，较大地提高了测量精度。较大地提高了测量精度。细分前细分前细分后细分后8 为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡） 内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。换等。9 光栅数显表光栅数显表10 尺身尺身尺身安装孔尺身安装孔 反射式扫描头反射式扫描头 （与移动部件固定）（与移动部件固定）扫描头安装孔扫描头安装孔可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构光栅的外形及结构防尘保护

3、罩的内部为长磁栅防尘保护罩的内部为长磁栅11 扫描头扫描头（与移动部件固定）（与移动部件固定）光栅尺光栅尺可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构（续）光栅的外形及结构（续）12 6.2 编码器是将直线运动和转角运动变换为数字信号进行测量的一种传感器。编码器是将直线运动和转角运动变换为数字信号进行测量的一种传感器。 构造类型转动方式直线-线性编码器转动-转轴编码器光束形式透射式反射式信号性质增量式辨别方向可辨向的增量式编码器不可辨向的脉冲发生器零位信号有零位信号无零位信号绝对式编码器13 信号航空插头信号航空插头编码器外形编码器外形14 其他角编码器外形其他角编码器外形15 其他角编码器外形（续）

4、其他角编码器外形（续） 拉线式拉线式角编码器利角编码器利用线轮，能将直线运动用线轮，能将直线运动转换成旋转运动。转换成旋转运动。16 其他角编码器外形其他角编码器外形17 比较两个信号相位的超前或滞后关系来辩向两个透光狭缝必须错开90电角度18 透明区输出为“0”不透明区输出为“1”四条码道n2360 分辨力角度动画演示19 绝对式码盘与增量式绝对式码盘与增量式码盘有何区别？码盘有何区别？10码道光电绝对式码盘码道光电绝对式码盘透光区透光区不透光区不透光区零位标志零位标志20 D（十进制）B（二进制）R（格雷码）D（十进制）B（二进制）R（格雷码）00000000081000110010001

5、0001910011101200100011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000 采用格雷码编码的码盘，对于编码盘的制造工艺和光敏元件安装降低了要求。21 技术指标：1）分辨率 即每转一周所能产生的脉冲数 2）输出信号的电特性3）频率特性 4）使用特性 包括器件的几何尺寸和环境温度。 22 1.位置测量 把输出的脉冲UOS和UOC分别输入到可逆计数器的正、反计数端进行计数，可检测到输出脉冲的数量，把这个数量乘以脉冲当量(转

6、角脉冲)就可测出编码盘转过的角度。 轴环式数显表 23 2.转速测量1）脉冲频率法测转速NTNn22602）脉冲周期法测转速tNNn60124 6.3 常用的磁信号节距为0.05mm和0.20mm两种 1磁栅的组成 25 6.3.1 磁栅传感器的组成及类型磁栅传感器的组成及类型2. 磁栅的类型 尺形带形同轴形26 磁栅的外形及结构磁栅的外形及结构磁尺磁尺静态磁头静态磁头去信号处理电路去信号处理电路固定孔固定孔27 6.3.2 磁栅传感器的工作原理磁栅传感器的工作原理1. 基本工作原理相位差90通常两个磁头做成一体 28 磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示29

7、6.3.2 磁栅传感器的工作原理磁栅传感器的工作原理2.信号处理方式 两只磁头励磁线圈加上同一励磁电流时，两磁头输出绕组的输出信号为tWxEEtWxEEmmsin2sinsin2cos2130 6.3.2 磁栅传感器的工作原理磁栅传感器的工作原理2.信号处理方式 1）鉴相处理方式 就是利用输出信号的相位大小来反映磁头的位移量或磁尺的相对位置的信号处理方式。 )2sin(WxtEEm感应电动势E的幅值恒定，其相位变化正比于位移量x。 31 6.3.2 磁栅传感器的工作原理磁栅传感器的工作原理2.信号处理方式 2）鉴幅处理方式 就是利用输出信号的幅值大小来反映磁头的位移量或磁尺的相对位置的信号处理

8、方式。 tWxEEtWxEEmmsin2sinsin2cos2132 6.3.3 磁栅传感器的应用磁栅传感器的应用两个方面的应用：（1）可以作为高精度测量长度和角度的测量仪器用。（2）可以用于自动化控制系统中的检测元件(线位移)。 磁栅测量系统 压板压板磁头磁头磁尺磁尺33 磁栅在磨床测长系统中的应用磁栅在磨床测长系统中的应用磁尺磁尺磁头安装在何处？磁头安装在何处？34 6.4 6.4.1 感应同步器感应同步器的结构和类型的结构和类型相距（m+1/4W）的距离，相位差9035 6.4.2 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理tKUdtdiKEmcos 式中的K是定尺绕组与滑尺绕间的耦合系数

9、，它与许多因素有关，这里值得指出的是它还与两绕组的相对位置有关。 xWKKxWKKCS2cos2sin0036 6.4.2 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理tWxEEtWxEEmCmScos2coscos2sinmmUKE0式中 利用专门设计的电路，对感应电势进行适当处理，就可以把位移量x检测出来。37 6.4.2 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理1.鉴相处理方式tUutUumCmScossin正、余弦滑尺分别输入：输出：tWxEEtWxEEmCmScos2coscos2sin38 6.4.2 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理2.鉴幅处理方式正、余弦滑尺分别输入：输出：

10、tUutUuCScossincoscostWxUKEtWxUKECSsin2cossinsin2sincos00tEtUKEEEmxCSsinsin)sin(0Wxx2)sin(0 xmUKE式中39 6.4.3 感应同步器在数控机床闭环系统中的应用感应同步器在数控机床闭环系统中的应用40 1. 项目描述 （a）数显装置 （b）JC09系列光栅尺 光栅位移传感器数显系统 6.5 6.5.1 光栅位移传感器数显系统的安装与维护光栅位移传感器数显系统的安装与维护41 2. 项目要求 光栅尺安装示意图42 3. 项目方案设计 产品型号产品型号 部件名称部件名称 共共 页页第第 页页序号序号装配内容及技术要求装配工艺过程工具与工装实测精度 配分得分1 2 光栅尺数显系统的安装步骤及工艺光栅尺数显系统的安装步骤及工艺43 4. 项目实施 光栅传感器常见安装形式44 4. 项目实施 主尺尺体相对导轨运动方向的平行度要求（F为机床导轨）45 4. 项目实施 读数头与光栅尺尺身之间的间距要求46 4. 项目实施 数显装置背面47 1. 项目描述 6.5.2 数控机床主轴光电编码器的安装与调试数控机床主轴光电编码器的安装与调试