九五科技攻关项目97-756-05-01专题.ppt

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资源描述

1、第10章位移-数字传感器,电子信息及电气工程系,10-1 概述一、位移-数字传感器的特点: 大量程,高精度,高分辨率,抗干扰能力强,稳定性好,易于与计算机接口。二、分类 角度数字编码器 光栅传感器 感应同步器,10-2 编码器,一、分类 脉冲盘式编码器(增量编码器) 接触式编码器编码器 码盘式编码器 电磁式编码器 (绝对编码器)光电编码器,二、码盘式编码器(绝对编码器),1、接触式码盘1)四位二进制码盘,=3600/2n,循环码盘,n决定了码盘的精度,受电刷数量的限制 特点:简单,对码盘的制作与电刷的安装要求严格。,2)循环码盘 相邻的两个数码间只有一个是变化的。可降低对对码盘的制作与电刷的安

2、装要求。,2、光电式编码器(非接触式)结构:采用照相腐蚀工艺,刻出透光、不透光的码形。装有与码道相同个数的光电转换元件替代电刷。,提高分辨率的方法:插值法,特点:非接触式,分辨率高,精度高 (10-8),n可达16,体积小, 易于集成,允许高速旋转。但 复杂,光源寿命较短。,三、脉冲盘式编码器(增量编码器),1、结构与工作原理,光电转换器,光栅盘缝隙(1度1个),光电管,脉冲盘式编码器(增量编码器),实际码盘,零位,外圈,内圈,零位脉冲,A相脉冲,B相脉冲,光电转换,旋转编码器原理,光电脉冲编码器的结构,两个光栅板,彼此之间错开m+/4个节距,当码盘基片随转轴转动时,产生a、b两相相位差为90

3、的交变信号。,旋转编码器工作原理 光电码盘随被测轴一起转动,在光源的照射下,透过光电码盘和光拦板形成忽明忽暗的光信号,光敏元件把此光信号转换成电信号a、b、z,通过信号处理装置的整形、放大等处理后输出6项A、B、C 和取反信号。 输出信号的作用及其处理A、B 两相的作用:细分处理、角位移、转速、转向; Z 相的作用:周向定位基准、圈数 取反信号的作用:利用 A 、 差分输入消除远距离传输的共模干扰,辩向,辩向电路:,2、输出例:国产SZGH-01 600P/r A、B相脉冲,相差90度 1P/r C脉冲,作零位标记 30KHZ 最高可达25000P/r 3、精度取决于码盘本身的精度 分辨率取决

4、于每转的脉冲数4、利用C相脉冲,每转一圈复位一次,因而无论正、反转,计数器每次反映的都是相对于上次角度的增量,故称为增量法。,常用的脉冲编码器每转输出的脉冲数有:2000 p/r2500 p/r3000 p/r 高分辨率的脉冲编码器:20000 p/r25000 p/r30000 p/r。,讨论:1、如何提高旋转编码器的精度?2、如何提高旋转编码器的可靠性?,10-3 栅式数字传感器一、分类1、光栅: 物理光栅:利用光的衍射原理,主要用于 光谱分析,波长等的测定。 计量光栅:利用莫尔(Moire)现象,主 要用于测量长度、角度、v、a 、震动等。2、磁栅:一种磁电转换器,工作原理类似录 音带。

5、 本节主要介绍计量光栅,二、计量光栅1、分类 透射光栅 长光栅 幅值光栅(黑白光栅) 反射光栅 圆光栅 相位光栅(闪耀光栅)新型:激光全息光栅,偏振光栅 此处主要讲透射光栅2、工作原理,光栅:栅尺,尺面刻有排列规则、形状规则、平行的刻线,透明(白)、不透明(黑)。,a=b 光栅距: d = a+b,a,b,d,w,莫尔条纹:两块栅尺面对面相迭合,并使两块栅线形成很小的夹角,由此出现的明暗相间的条纹。,w,光栅尺横向莫尔条纹及其参数,d,d,光栅检测装置的结构,透射光栅,1)栅尺:标尺光栅:主光栅,长度由测量范围定,不移动指示光栅:移动,需有足够长以获得足够的莫尔 条纹区。2)莫尔条纹: w =

6、 d/ 当很小时w对d有几百倍的放大作用 例:令d = 0.02mm, = 0.00174532rad 则 w = d/ = 11.4592mm K= w / d=573,放大作用:栅尺移动一个d ,莫尔条纹移动一个w栅尺移动的方向与莫尔条纹移动的方向相对应,误差平均效应:栅线标准均方差莫尔条纹均方差:=n3)光能分布: 理想:三角波 实际:正弦波,四、光栅测量系统组成: 光栅光学系统 电子系统(细分、辩向、显示) 机械部分1、光栅光学系统(简称光栅系统)1)组成与功能a 照明系统;b 光栅副:标尺光栅与指示光栅,在平行 光照射下形成莫尔条纹。 测量装置的精度主要由标尺光栅决定。,光栅检测装置

7、基本结构示意图 1光源, 2透镜, 3指示光栅, 4光电元件, 5驱动电路,6标尺光栅,c 光电接收系统:光电接收元件,把由光栅副形成的莫尔条纹的明暗强弱转换为电量输出。,光电元件输出信号的周期数与移过的栅距数相等。,光栅读数头:照明系统,指示光栅,光电接收系统(除标尺光栅外)组合在一起。在它与标尺光栅作相对位移的过程中,根据标尺光栅读出移动部件的位移量。辩向:,2、电子系统1)电子细分目的:提高分辨率措施:倍频、插补,在信号的一个周期内 插入许多计数脉冲,以提高信号的 重复频率和分辨率。分类:直接细分、矢量细分、电桥细分等,向,a 四倍频直接细分电路: 在一个w内依次放四个光电接收元件,相差 90度,移动一个d,可获得四相信号。 整形、辩向。,10 倍 频 矢 量 图,b 矢量细分(P201),2、光栅测量的特点 高精度:0.2- 0.4m/m,仅次于激光 高分辨率:0.1m 大量程:可大于1米 抗干扰能力强,可实现动态测量。3、应用范围 长度与角度的精密测量(如数控机床,测量机等),以及能变为位移的物理量(如震动、应力、应变等)。,作 业1、试述光栅传感器的基本原理及特点。2、电子细分电路的目的是什麽?3、用四只光敏二极管接受莫尔条纹信号。如果光敏二极管的响应时间为10-6S,栅线密度为50线/mm,计算光栅所允许的移动速度。,

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