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1、1单击此处编辑母 版标题样式v第十章 数字式传感 器苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务数字式传感器是能够把被测模拟量直接转换为数字 量输出的装置，可直接与计算机系统相连。数字式传感器具有以下优点： w测量精度和分辨率高； w抗干扰能力强，稳定性好； w易于和计算机连接，便于信号处理和实现自动化测 量； w适宜于远距离传输。数字式传感器 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务v 分类： 脉冲输出式：光栅式数字传感器、感应同步器、 增量编码器； 编码输出式：绝对编码器； 频率
2、输出式: 频率式传感器v 本节介绍精密位移测量中广泛应用的编码器、光栅数字传 感器、磁栅传感器、感应同步器、容栅传感器及频率式传 感器的工作原理和测量电路。数字式传感器 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务10.1光栅式传感器(Grating Transducer)v光栅传感器广泛用于测量位移、角度、长度 、速度、加速度、振动等物理量。苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务在玻璃尺或玻璃盘进行长刻线（一般为1012mm）的密 集刻划，得到宽度一致、分布均匀、明暗相间的条纹，
3、这就是 光栅。用于位移测量的光栅称为计量光栅。光栅上的刻线称为栅线（不透光），栅线宽度为a，缝隙 （透光）宽度为b，一般取a = b，W（W = a + b）称为光栅的 栅距（也称光栅的节距或光栅常数）。光栅的结构 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务光栅种类很多，按工作原理分为物理光栅和计量光栅 两种，前者用于光谱仪器，作色散元件，后者用于精密位 移测量和精密机械自动控制等。计量光栅又分为长光栅和 圆光栅。 幅值光栅相位光栅光栅的分类 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实
4、务根据栅线形式不同，分为黑白光栅和闪耀光栅。黑白光 栅是只对入射光波的振幅或光强进行调制的光栅，亦称幅值 光栅；闪耀光栅是对入射光波的相位进行调制，亦称相位光 栅。根据光线的走向，长光栅又分为透射光栅和反射光栅。 透射光栅是将栅线刻制在透明材料上，如光学玻璃和制版玻 璃；反射光栅则将栅线刻制在具有强反射能力的金属上，如 不锈钢或玻璃镀金属膜。前者使光线通过光栅后产生明暗条 纹，后者反射光线并使之产生明暗条纹。光栅的分类 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务长光栅的结构 长光栅主要用于测量长度，条纹密度有每毫米25 、50、100、2
5、50条等。苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务径向光栅切向光栅圆光栅也称光栅盘，其刻线刻制在玻璃盘上， 用来测量角度或角位移。根据栅线刻划的方向分为 径向光栅和切向光栅 。圆光栅的结构 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务光栅传感器由光源、透镜、主光栅（标尺光栅）、指示 光栅和光电元件构成。光源和透镜组成照明系统，光线经过 透镜后成平行光投向光栅。主光栅与指示光栅在平行光照射 下，形成莫尔条纹。 光电元件主要有光电池和光敏晶体管，它把莫尔条纹的 明暗强弱变化转换为电量输出
6、。光栅传感器的组成 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务主光栅的有效长度即为 测量范围。必要时，主 光栅可以接长。主光栅与指示光栅之间 的距离d可以根据光栅的 栅距进行选择，一般取 d=W 2/，W为栅距，为 有效光波长。测量系统的精度主要由 主光栅的精度决定。光栅传感器的组成 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务莫尔条纹是指当指示光栅与主光栅的栅线有一个微小的 夹角时，由于挡光效应(当线纹密度50条/mm时)或光的衍射 作用(当线纹密度100条/mm时)，则在近似垂直于
7、栅线方向上 显现出比栅距W大的多的明暗相间的条纹，相邻的两明暗条 纹之间的距离B称为莫尔条纹间距。 莫尔条纹 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务当光栅之间的夹角很小，且 两光栅的栅距都为W时，莫尔 条纹间距B（a-a间距）为 K为放大倍数。由于值很小，条纹近似与 栅线方向垂直，因此称为横向 莫尔条纹。莫尔条纹 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务（2）位移放大：由于值很小，光栅具有位移放大作用，放 大系数为： （3）减小误差：莫尔条纹是由光栅的大量栅线共同形成的。 对光
8、栅的刻线误差有平均作用。个别栅线的栅距误差或断线等 疵病对莫尔条纹的影响很小，从而提高了光栅传感器的可靠性 和测量精度。 （1）运动对应关系：任意一个光栅沿垂直于栅线的方向每移 动一个栅距W，莫尔条纹近似沿栅线方向移动一个条纹间距 ；光栅反方向移动时，莫尔条纹也作反方向移动。因此可以 通过测量莫尔条纹的移动量和移动方向判断主光栅（或指示 光栅）的位移量和位移方向。莫尔条纹特征 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务通过前面的分析知道，主光栅每移动一个栅距W，莫 尔条纹就变化一个周期2，通过光电转换元件，可将莫尔 条纹的变化变成电信号，
9、电压的大小对应于与莫尔条纹的 亮度，它的波形近似于一个直流分量和一个正弦波交流分 量的叠加。 式中W栅距； x主光栅与指示光栅间瞬时位移； U0直流电压分量； Um交流电压分量幅值； U输出电压。光栅信号输出 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务将该电压信号放大、整形使其变为方波，经微分电路转换 成脉冲信号，再经过辨向电路和可逆计数器计数，则可在显示 器上以数字形式实时地显示出位移量的大小。位移量为脉冲数与栅距的乘积：光栅信号输出 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务由于
10、光栅传感器只能产生一个正弦信号，因此不能判 断x移动的方向。为了能够辨别方向，需要在间距为B/4的 位置设置两个光电元件，以得到两个相位差为90的正弦信 号，然后将信号送到辨向电路中去处理。 辨向电路 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务（a）（b）苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务当主光栅向左移动，莫尔条纹向上运动时，光电元件1和2分别输出 如前图（a）所示的电压信号u1、u2，经过放大整形后得到相位相差90 的两个方波信号u1、u2。u1经反相后得到方波u”1。u1
11、和u”1经RC微分 电路后得到两组光脉冲信号u1w和u”1w，分别加到与门Y1和Y2的输入端 。对与门Y1，由于u1w处于高电平时u2总是低电平，故脉冲被阻塞Y1无 输出。对与门Y2，u1w处于高电平时u2也正处于高电平，故允许脉冲通 过，并触发加减控制触发器使之置“1”，可逆计数器对与门Y2输出的脉冲 进行加法计数。同理，当主光栅反向移动时，输出信号波形如图（b）所示，与门 Y2阻塞，Y1输出脉冲信号使触发器置“0”，可逆计数器对与门Y1输出的 脉冲进行减法计数。这样每当光栅移动一个栅距时，辨向电路只输出一 个脉冲，计数器所计的脉冲数即代表光栅位移。 辨向电路 苏教版初三语文广告多棱镜专题课
12、件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务若以移过的莫尔条纹的数来确定位移量，其分辨率为光 栅栅距。 为了提高分辨率和测得比栅距更小的位移量，可以增加 刻线密度，但这种方法制造、安装及调试困难；采用细分技术：它是在莫尔条纹信号变化的一个周期内 ，给出若干个计数脉冲来减小脉冲当量的方法。 在一个莫尔 条纹的间隔内，放置若干个光电元件，使光栅每移动一个栅 距时输出均匀分布的n个脉冲，从而得到比栅距更小的分度值 ，使分辨率提高到W/n。细分电路 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务四倍频细分法在辨向原理中已知，在
13、相差B/4位置上安装两个光 电元件，得到两个相位相差/2的电信号。若将这两个信号反相就可以得到四个依次相差/2的 信号，从而可以在移动一个栅距的周期内得到四个计数 脉冲，实现四倍频细分。细分方法有多种，如直接细分、电桥细分、锁相 细分、调制信号细分、软件细分等，直接细分又称为 位置细分，常用的是四倍频细分。细分电路 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务四倍频细分电路及波形 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务脉冲细分细分技术能在不 增加光栅刻线数及价 格的情况下提高光栅
14、的分辨力。细分前， 光栅的分辨力只有一 个栅距的大小。采用 4细分技术后，计数 脉冲的频率提高了4 倍，相当于原光栅的 分辨力提高了3倍， 测量步距是原来的 1/4，较大地提高了 测量精度。细分前细分后苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务光栅细分举例 有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细 分数为4细分，则：分辨力 =W /4 =（1mm/50）/4=0.005mm=5m采用细分技术，在不增加光栅刻线数（ 成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作
15、实务为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡 ）内部包含以下电路：放大、整形 、细分、辨向、报警、阻抗变换等。苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务为光栅设计 的专用信号 处理单元（光栅插补器）功能同上页苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务光栅传感器产品 线位移光栅传感器 圆光栅编码器 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务数控机床位置控制框图由控制系统生成的指令Pc控制工作台移动，光栅传感器不 断检测工作台的实际位
16、置Pf并进行反馈，形成位置偏差Pe，调 整工作台的位置。当Pe=0时，表示工作台已到达指令位置。光栅数字传感器的应用 苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务10.2码盘式传感器将机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代 码形式表示的电信号，这类传感器称为编码器。编 码器主要分为脉冲盘式和码盘式两大类：苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务编码器 v 角度编码器是测量角位移的最直接、最有效的数字式传感 器，它把角位移直接转换成脉冲或二进制编码，分为增量 编码器（脉冲盘式）和绝对编码器（码盘式）。v 按结构分为光电式、接触式和电磁式三种。光电式具有非 接触、体积小、分辨率高、可靠性好、使用方便等特点， 在数控机床
