传感器技术及其应用 第4版 课件 6 数字式位置检测

Technology&ApplicationofSensor机械工业出版社传感器技术及其应用*项目6数字式位置检测任务6.1光栅测位移任务6.2光电编码器测角位移任务6.3磁栅测位移6.4同步训练*任务6.1光栅测位移6.1.1莫尔条纹6.1.2光栅位移传感器的结构及工作原理6.1.3光栅位移传感器的应用

任务6.1

光栅测位移6.1.1莫尔条纹（1）光栅的栅距W（2）莫尔条纹由亮带和暗带组成任务6.1

光栅测位移6.1.1莫尔条纹（1）查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光栅左右移动方向。任务6.1光栅测位移6.1.1莫尔条纹（2）放大作用

莫尔条纹光学放大作用举例

例如，W=0.02mm，θ=0.001745rad（即0.1°），则B=11.4592mm，其K=573，表明莫尔条纹的放大倍数相当大。这样，就可把难以观察到的光栅位移变成为清晰可见的莫尔条纹移动，从而实现高灵敏的位移测量。6.1.2光栅位移传感器的结构及工作原理

光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移，若用光电器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的距离，也就测得了被测物体的位移量。6.1.3光栅位移传感器的应用光栅在机床上的安装位置（2个自由度）光栅在机床上的安装位置（3个自由度）数显表光栅在机床上的安装位置

（3个自由度）（续）安装有直线光栅的数控机床加工实况防护罩内为直线光栅光栅扫描头被加工工件切削刀具角编码器安装在夹具的端部机械工业出版社休息一下*任务6.2光电编码器测角位移6.2.1增量式编码器6.2.2绝对式光电编码器6.2.3光电脉冲编码器的应用任务6.2光电编码器测角位移信号航空插头编码器外形6.2.1增量式编码器对增量式光电编码器输出的脉冲进行计数，即能获知被测的角位移。对脉冲进行频率计算，即能获知被测的角速度。增量式编码器转轴码盘及狭缝光敏元件光栏板及辨向用的A、B狭缝LEDABC零位标志ABC增量式光电编码器的分辨力及分辨率

增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：6.2.2绝对式光电编码器四条码道分辨力角度动画演示

绝对式码盘与增量式码盘有何区别？10码道光电绝对式码盘透光区不透光区零位标志6.2.2绝对式光电编码器D（十进制）B（二进制）R（格雷码）D（十进制）B（二进制）R（格雷码）000000000810001100100010001910011101200100011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000

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。6.2.3光电编码器的应用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(转角／脉冲)就可测出编码盘转过的角度。轴环式数显表编码器在数控加工中心的刀库选刀控制中的应用旋转刀库被加工工件刀具

角编码器的输出为当前刀具号角编码器与旋转刀库连接编码器在伺服电机中的应用

利用编码器测量伺服电机的转速、转角，并通过伺服控制系统控制其各种运行参数。转速测量转子磁极位置测量角位移测量6.2.3光电编码器的应用2.转速测量1）脉冲频率法测转速2）脉冲周期法测转速M法测速（适合于高转速场合）T

编码器每转产生N个脉冲，在T时间段内有m1

个脉冲产生，则转速（r/min)为：n=60m1/（NT）

m1例题T

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：

n=60×65536/（1024×5）r/min=768r/min

m1T法测速（适合于低转速场合）时钟脉冲fc

编码器输出脉冲

m2

···

编码器每转产生N个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2

，则转速(r/min)为n=60fc/（Nm2）

T法测速举例时钟脉冲fc

编码器输出脉冲

m2

···

n=60fc/（Nm2）

=60*1000000/（1024*3000）

=19.53r/min

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz，则转速（r/min)为：机械工业出版社休息一下*任务6.3磁栅测位移6.3.1磁栅传感器的组成及类型6.3.2磁栅传感器的工作原理6.3.3磁栅传感器的应用任务6.3磁栅测位移6.3.1磁栅传感器的组成及类型

1．磁栅的组成

磁栅的外形及结构磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔6.3.1磁栅传感器的组成及类型2.磁栅的类型

尺形带形同轴形磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示6.3.2磁栅传感器的工作原理6.4.3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)。磁栅测量系统压板磁头磁尺机械工业出版社休息一下*6.4同步训练6.4.1光栅位移传感器数显系统的安装与维护6.4.2数控机床主轴光电编码器的安装与调试6.4.3数控机床磁栅的应用6.4同步训练6.4.1光栅位移传感器数显系统的安装与维护1项目描述数显装置JC09系列光栅尺2项目要求光栅尺安装示意图3项目方案设计产品型号

部件名称

共

页第

页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4项目实施光栅传感器常见安装形式主尺安装面形位公差要求6.4

同步训练6.4.2数控机床主轴光电编码器的安装与调试1项目描述光电编码器实物图2.项目要求主轴编码器安装示意图3.项目方案设计产品型号

部件名称

共页第

页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

主轴编码器的安装步骤及工艺4.项目实施编码器接线示意图手持转速表磁栅在磨床测长系统中的应用磁尺磁头安装在何处？6.4.3数控机床磁栅尺的安装

某型号磁栅尺引脚分配图拓展阅读容栅传感器容栅传感器是基于变面积工作原理的电容传感器，它的电极排列如同栅状。与其他大位移传感器，如光栅、磁栅等相比，虽然准确度差一个数量级，但体积小、造价低、耗电省，广泛应用于电子数显卡尺、千分尺、高度仪、坐标仪等几百毫米以下行程的测量中，分辨力为10μm，细分后，分辨力可以达到1μm。

1.容栅的结构及工作原理

容栅传感器可分为三类：直线容栅、圆容栅和圆筒形容栅。其中，直线、圆筒形容栅用于直线位移的测量，圆容栅用于角位移的测量。容栅的结构

a）动尺和定尺上的电极透视图b）定尺、动尺的位置关系c）发射电极和反射电极的相互关系1－发射电极2－反射电极3－接收电极4－屏蔽电极容栅结构放大图

a）动尺和定尺上的电极b）定尺、动尺的位置关系c）发射电极和反射电极的相互关系1－发射电极2－反射电极3－接收电极4－屏蔽电极容栅的转换电路框图

当“动尺”相对“定尺”移动x距离时,“发射电极”与“反射电极”间的相对面积发生变化,反射电极上的电荷量发生变化,并将电荷感应到“接收电极”上,在接收电极上累积的电荷Q与位移量x成正比。经运算器处理后进行公/英制转换和BCD码转换,再由译码器将BCD码转变成七段码,送显示驱动单元。容栅传感器使用“锁相环”倍频。2.容栅的应用各种容栅数显表各种容栅数显卡尺各种容栅数显卡尺（续）该卡尺的分辨力为多少微米？各种容栅卡尺（续）各种容栅数显卡尺（续）外卡尺汽车专用卡尺各种容栅数显卡尺（续）内卡尺容栅数显卡尺的结构容栅数显卡尺内的数据和信号处理组合功能块容栅数显千分尺该千分尺的分辨力为多少微米？容栅数显千分尺（续）容栅数显外径测量台容栅数显“内螺孔深度尺”容栅数显百分表红宝石测头百分表的每一分度值，相当于量杆顶端移动0.01mm。其他容栅数显百分表容栅数显千分表可以显示1

m位移量的千分表

百分表和千分表是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具。

从“小数点”看，千分表与百分表的“分辨力”的区别是什么？容栅数显测高仪量程750mm

分辨率0.001m