《传感器与智能检测技术》课件-9.数字式传感器

机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS数字式传感器第9章传感器与智能检测技术秦洪浪

郭俊杰主编

ISBN978-7-111-65262-5数字式传感器9传感器与智能检测技术光栅式传感器9.1光电编码器9.2磁栅式传感器9.3感应同步器9.410.5数字式传感器9

由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅。根据其材料和结构的不同，光栅可分为透射光栅和反射光栅。数字传感器是指将传统的模拟式传感器经过加装或改造A/D转换模块，使之输出信号为数字量(或数字编码)的传感器，主要包括：放大器、A/D转换器、微处理器（CPU）、存储器、通讯接口、温度测试电路等，使自动系统可以包含更多智能性功能，能从其环境中获得并处理更多不同的参数。9.1光栅式传感器9.1.1莫尔条纹传感器与智能检测技术数字式传感器9莫尔条纹有两个重要的特性：位移的方向性；位移的放大作用。传感器与智能检测技术数字式传感器9传感器与智能检测技术9.1.2光栅式传感器的结构和工作原理

当主光栅产生位移时，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。利用上述原理，通过多个光敏器件对莫尔条纹信号进行细分，便可检测出比光栅距还小的位移量及被测物体的移动方向。

光栅位移传感器主要由主光栅、指示光栅、光源和光电器件等组成，其中主光栅和被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。数字式传感器9采用航空铝材尺身、润滑密封条、配有防尘罩组件的光栅数显表，可用于磨床、铣床、线切割、火花机、车床等应用场合。传感器与智能检测技术9.1.3光栅传感器的应用光栅位移传感器测量精度高（分辨率为0.1μm）、动态测量范围广（0～1000mm），可进行无接触测量，而且容易实现系统的自动化和数字化，因而在机械工业中得到了广泛的应用。数字式传感器9增量式编码器测量输出的是当前状态与前一状态的差值，即增量值。它通常是以脉冲数字形式输出，然后用计数器计取脉冲数。传感器与智能检测技术9.2光电编码器9.2.1增量式光电编码器光电编码器是将直线运动和旋转运动变换为数字信号进行测量的一种传感器。按信号性质可分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。数字式传感器9绝对式编码器是按位移量直接进行编码的转换器，其精度可达1%。它的结构和原理可分为接触式、光电式和电磁式。传感器与智能检测技术9.2光电编码器9.2.2

绝对式光电编码器编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘，绝对式光电编码器是通过读取编码盘的二进制编码信息来获取绝对位置信息的。数字式传感器9磁栅传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。磁尺是用非导磁性材料做尺基，在尺基的上面镀一层均匀的磁性薄膜，然后录上一定波长的磁信号而制成的。磁信号的波长（周期）又称节距，用W表示。传感器与智能检测技术9.3磁栅式传感器9.3.1磁栅的基本概念磁栅按其结构可分为长磁栅和圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。数字式传感器9磁信号的极性是首尾相接，在N-N重叠处为正的最强，在S-S重叠处为负的最强。磁栅按其结构可分为长磁栅和圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于角位移测量。磁栅传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。磁尺是用非导磁性材料做尺基，在尺基的上面镀一层均匀的磁性薄膜，然后录上一定波长的磁信号而制成的。磁信号的波长（周期）又称节距，用W表示。9.3.2

磁栅式传感器的结构和工作原理传感器与智能检测技术数字式传感器9磁栅位移传感器主要用于大型机床和精密机床作为位置或位移量的检测元件，其行程可达数十米，磁栅位移传感器允许最高工作速度为12m/min，使用范围0～40℃，是一种测量大位移的传感器。磁栅位移传感器和其他类型的位移传感器相比，具有结构简单，使用方便，动态范围大（1～20m）和磁信号可以重新录制等优点，其缺点是需要屏蔽和防尘。9.3.3

磁栅式数显装置应用传感器与智能检测技术数字式传感器9传感器与智能检测技术9.4感应同步器9.4.1感应同步器的结构和类型

直线感应同步器主要由定尺和滑尺组成。定尺和滑尺上的电路绕组都是用印刷电路工艺制成的矩形绕组，定尺绕组为单相连续绕组，节距为W2，一般取W2=2mm。滑尺上有两组分开的绕组，两个绕组间的距离L1应满足关系：L1=(n/2+1/4)W2，其中n为正整数。因为两绕组相差90°相位角，故分别称为正弦绕组和余弦绕组。数字式传感器9当滑尺任意绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作用，在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。9.4.2

感应同步器的工作原理传感器与智能检测技术U2定尺滑尺余弦绕组正弦绕组USUc2τ感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距，滑尺和定尺的节距均为，这是衡量感应同步器精度的主要参数。定尺上是单向、均匀、连续的感应绕组，滑尺有两组绕组，一组为正弦绕组，另一为余弦绕组。数字式传感器9当滑尺任意绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作用，在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。9.4.3