《数字式传感器》PPT课件.ppt

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1、第十章数字式传感器光栅1.2第10章数字式传感器感应同步器10.110.2编码器10.3频率式传感器10.4数字式传感器:能把被测（模拟）量直接转换成数字量输出的传感器数字式传感器具有下列特点：1.具有高的测量精度和分辨率，测量范围大；2.抗干扰能力强，稳定性好；3.信号易于处理、传送和自动控制；4.便于动态及多路测量，读数直观；5.安装方便，维护简单，工作可靠性高。主要介绍在测量和控制系统中广泛应用的数字式传感器：直接以数字量形式输出的传感器，如绝对编码器；以脉冲形式输出的传感器，如增量编码器、感应同步器、光栅等；

2、以频率形式输出的传感器；感应同步器是应用电磁感应原理把位移量转换成数字量的传感器。感应同步器是一种多极感应元件，由于多极结构对误差起补偿作用，所以用感应同步器来测量位移具有精度高、工作可靠、抗干扰能力强、寿命长、接长便利等优点。第一节感应同步器图10-1为直线式感应同步器的绕组结构。由两个绕组构成。定尺长度为250mm均匀分布的连续绕组，节距W2＝2（a2＋b2）滑尺上布有断续绕组，分正弦和余弦两部分，即两绕组相差90度电角度。为此，两相绕组中心线距应为，其中n为正整数。两相绕组节距相同，均为W1＝2(a1＋b1)通

3、常，定尺的节距W2为2mm。定尺绕组的导片宽度要考虑消除高次谐波，可按来选择，其中为谐波次数，n为正整数，显然a2

4、等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相间排列构成的光器件。按工作原理，有物理光栅和计量光栅之分，前者的刻线比后者细密。物理光栅主要利用光的衍射现象，通常用于光谱分析和光波长测定等方面；计量光栅主要利用光栅的莫尔条纹现象，它被广泛应用于位移的精密测量与控制中。按应用需要，计量光栅又有透射光栅和反射光栅之分，而且根据用途不同，可制成用于测量线位移的长光栅和测量位移的圆光栅。按光栅表面结构的不同，又可分为幅值(黑白)光栅和相位(闪耀)光栅。前者特点是栅线与缝隙是黑白相间的，多用于照相复制法进行加工；后者的横断面呈锯齿状，常用

5、刻划法加工。本节主要讨论黑白透射式计量光栅第二节光栅光栅的结构及工作原理光栅结构在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅，右图为透射光栅的示意图。图中a为栅线的宽度（不透光），b为栅线间宽（透光），a+b=W称为光栅的栅距（也称光栅常数）。通常a=b=W/2，也可刻成a∶b=1.1∶0.9。目前常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条线条。2.光栅测量原理把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅2）面向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小

6、的夹角θ，如图所示，这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。由图可见，在d-d线上，两块光栅的栅线重合，透光面积最大，形成条纹的亮带，它是由一系列四棱形图案构成的；在f-f线上，两块光栅的栅线错开，形成条纹的暗带，它是由一些黑色叉线图案组成的。因此莫尔条纹的形成是由两块光栅的遮光和透光效应形成的。莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点。(1)位移的放大作用当光栅每移动一个光栅栅距W时，莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度BH，如果光栅作反向移动，条纹移动方向也相反。莫尔条纹的间距BH与两光

7、栅线纹夹角θ之间的关系为θ越小，BH越大，这相当于把栅距W放大了1/θ倍。例如θ=0.1°，则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度BH是栅距W的573倍，这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用，从而提高了测量的灵敏度。（2）莫尔条纹移动方向如光栅1沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动；反之，当光栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅线向下移动。因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。(3)误差的平均效应莫尔条纹由光栅的大量刻线形成，对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能

8、在很大程度上消除短周期误差的影响。光栅传感器的组成光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅读数头、光栅数显表两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入量（位移量）转换成响应的电信号；光栅数显表是实现细分、辨向和显示功能的电子系统。1.光栅读数头光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。指示光栅