《传感器检测技术及仪表》第6章

1、第六章 数字式传感器,6.1 编 码 器,6.1.1 直接编码器,图 6-1-1光电绝对 编码器结构示意图 一、工作原理,二、码制与码盘 （a）二进制码盘 （b）循环码盘,二元码盘的最小分辨力为：,二进码盘的粗误差,为了消除这种粗误差，通常采用循环码盘,三、转换关系和转换电路 1、转角与二进码转换 2、二进码与循环码的转换,3、转换电路 （1）二进制码转化为循环码的电路,（2）循环码转换为二进制码的电路,6.1.2 增量编码器,一、结构与工作原理 1组成结构,图6-1-7 增量码道与辨向码道,图 618 辨向环节的逻辑电路框图,图 619 波形图,6.2 光 栅,6.2.1 光栅的结构和基本原

2、理 一、光栅传感器的结构,图6-2-1光栅及光栅传感器 光源 2聚光镜 3主光栅 4指示光栅 5光电元件,二、莫尔条纹的形成和特点 1、莫尔条纹的形成,主光栅与指示 光栅的栅线之 间保持很小的 夹角，在近 乎垂直栅线的 方向上出现了 明暗相间的条 纹 莫尔条纹。,莫尔条纹的间距H 远大于光栅栅距W,2、莫尔条纹的主要特性： （1）移动方向： 主光栅右移，则莫尔条纹向下移； 主光栅左移，则莫尔条纹向上移。 （2）移动距离： 主光栅移动一个栅距W， 莫尔条纹移动一个条纹间距H。 莫尔条纹具有放大作用，即HW。 （3）平均效应：莫尔条纹具有减小光栅栅距 局部误差的作用,三、光电转换电压与光栅位移的关

3、系 主光栅移动一个栅距W，光电转换电压变化一个周期,图 623 光强变化信号,6.2.2 光栅辨向原理与细分技术,一、辨向原理 在条纹移动方向(y方向)上安放两个间距为 (n+1)H/4(n为整数)的光电元件， 两个光电元件的输出信号u1和u2的相位差正好等于/2。 再将这两个相位差90的正弦信号送到图6-1-8所示辨向电路， 可测量出光栅的移动方向和移动的栅距数。 二、细分技术m细分即分辨率W/m 在主光栅移动一个栅距过程中，产生m个彼此相位差360/m的正弦交流信号 m个ui波形依次产生m个过零脉冲。与光栅位移x对应的过零脉冲计数值 即位移的数字测量结果为：,1、直接细分 直接细分又称位置

4、细分，通常 为四细分。是用四个依次相距 H/4的光电元件，获得依次相 差90相角的四个正弦交流信 号。主光栅每移动一个栅距， 将产生四个过零计数脉冲，从 而实现四细分。 2、电位器桥(电阻链)细分 1）电位器移相原理,图6-2-4电位器移相原理,2）48点电位器桥细分电路,第i个电位器电刷 两边电阻比值为：,6.3 感应同步器,6.3.1感应同步器的类型和结构 一、类型: 1、长感应同步器测量直线位移 2、圆感应同步器测量角位移 二、结构： 1、长感应同步器：,1、长感应同步器图6-3-3 定尺为连续绕组，绕组节距为 W1=2(a1+b1)=W2=2(a2+b2)=W 滑尺上配置断续绕组： “

5、正弦绕组”和“余弦绕组”中心线间距应为：,2、圆感应同步器,转子上配置连续绕组，绕组节距为： 定子上配置断续绕组： “正弦绕组”和“余弦绕组” 中心线间距为：,6.3.2感应同步器的工作原理 一、感应同步器中的互感 余弦绕组与连续绕组间的互感为余弦函数 正弦绕组与连续绕组间的互感为正弦函数,二、感应同步器的简化等效电路,与相对位移x关系 长感应同步器 圆感应同步器,三、感应同步器的激励和检测方式 1、感应同步器的激励方式： 断续绕组激励方式以滑尺(或定子)激励， 由定尺(或转子)取出感应电势信号 连续绕组激励方式以定尺(或转子)激励， 由滑尺(或定子)取出感应电势信号 实用中多数采用断续绕组激

6、励方式。 2、感应电势两种检测方式 正弦绕组和余弦绕组同时加激励电压， 连续绕组中产生感应电压叠加和调制：,6.4频率式传感器,6.4.1 振弦式传感器 一、工作原理,振弦： 导磁的金属细弦 激振器（电磁铁）： 激励振弦横向振动 拾振器： 产生感应电压,感应电压频率=振弦横向振动频率：,二、差动式振弦传感器,采用差动式振弦传感器不仅灵敏度提高一倍， 而且可减小温度误差和非线性误差。,图 643 间隙激励时的检测电路,三、测量电路 1、间歇激励方式,2、 连续激励方式,（a）电流激励式: 振弦中有电流流过,（b）电磁激励式 : 振弦中无电流流过,图 645 振弦传感器线性化框图,四、线性化变换电路,6.4.2 振筒式传感器 一、振筒式压力传感器,图6-4-6振筒式传感器原理示意图,振筒的固有频率,压力使振动 频率