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1、诽颅窄俗必韧瞬虽渝块租帘麓沏嗣筛给钞赔藕述簇沟或冰培话妓苯隋屈俞数字式位置传感器数字式位置传感器 本章本章学习几种常用数字式位置传学习几种常用数字式位置传感器的结构、原理，如角编码器、光感器的结构、原理，如角编码器、光栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器等等，并讨论他们在直线位移和角位移，并讨论他们在直线位移和角位移中测量、控制的应用。中测量、控制的应用。第十一章第十一章 数字式位置传感器数字式位置传感器彰鸿匆冻斧川瑞崭葬绥腰榨溶锤办蒜笆神忠蜗卫虏卜巡旧恤化尹赖段厉放数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20241第一节 位置测量的方式位置测量的方式 一、直接测
2、量和间接测量一、直接测量和间接测量 位位置置传传感感器器有有直直线线式式和和旋旋转转式式两两大大类类。若若位位置置传传感感器器所所测测量量的的对对象象就就是是被被测测量量本本身身，即即用用直直线线式式传传感感器器测测直直线线位位移移，用用旋旋转转式式传传感感器器测测角角位位移移，则则该该测测量量方方式式为为直直接接测测量量。例例如如直直接接用用于于直直线线位位移移测测量量的的直直线线光光栅栅和和长长磁磁栅栅等等；直直接接用用于于角角度度测测量量的的角角编编码码器器、圆圆光栅、圆磁栅光栅、圆磁栅等。等。 若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间值，若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间值，再由
3、它再由它推算推算出与之关联的移动部件的直线位移，则该出与之关联的移动部件的直线位移，则该测量方式为测量方式为间接测量间接测量。 狼脖珐慌詹治描琢削迂办莉青伶竞绸定无愤赘登肢访罗闺讼柏扣俺茄收稗数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202421.1.直接测量直接测量 直直接接测测量量的的误误差差较较小。小。 图图为为利利用用光光栅栅传传感感器器测测量量数数控控机机床床工工作作台台位位移移量量的的现现场照片。场照片。 工作台工作台光栅光栅工作台运动方向工作台运动方向孔碰窗滑蜜谬咋某柱韵皇双息耘哲盎舅柴呢坛颇华涌考态仰熬冰尤穿呼否数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202432.2.间接测
4、量间接测量 在间接测量在间接测量中，多使用旋转式中，多使用旋转式位置传感器。测量位置传感器。测量到的回转运动参数到的回转运动参数仅仅是中间值，但仅仅是中间值，但可由这中间值再推可由这中间值再推算出与之关联的移算出与之关联的移动部件的直线位移动部件的直线位移间接测量须使用丝间接测量须使用丝杠杠- -螺母、齿轮螺母、齿轮- -齿齿条等传动机构。条等传动机构。 工作台工作台丝杠丝杠编码器编码器进给电机进给电机 x却任综四镐挣敦竿荣遂歇亥垃蜘萝者飞冕迢护了私井暇份罗概毖照搀藤载数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20244传动机构传动机构 滚珠丝杠螺母滚珠丝杠螺母副、齿轮副、齿轮- -齿条副齿条
5、副等传动机构能够等传动机构能够将旋转运动转换将旋转运动转换成直线运动。但成直线运动。但应设法消除传导应设法消除传导过程产生的间隙过程产生的间隙误差。误差。 齿距齿距齿条齿条齿轮齿轮 x加薪霖鸭粮杖挣吴溢氦踊堤刷幌拴鸦犹何译萍址人怠器哆功金注柯扇剂攘数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20245滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母滚珠丝杠螺母副能够将减小传副能够将减小传动磨檫力，延长动磨檫力，延长使用寿命，减小使用寿命，减小间隙误差。间隙误差。 螺母螺母丝杠丝杠x 虾替秤武驾韭利撕捷宇痘码奎童讶斤弄末昆皋隅秸搬逮屿钮栓佬绪粳匈郁数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20246传动
6、分析传动分析 设：螺距设：螺距t=4mm，丝杠在，丝杠在4s时间里转动了时间里转动了10圈，圈，求：丝杠的平均转速求：丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫及螺母移动了多少毫米？螺母的平均速度米？螺母的平均速度v又为多少？又为多少？ 螺母螺母丝杠丝杠螺距螺距x=？N=10圈圈哭磐杉楔伏草梳监旅剑央栅露逞董鬃苫蚕漏厚驯颐瘟句柄柱爸泌绦叭附驭数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20247 二、增量式和二、增量式和 绝对式测量绝对式测量 在在增量式增量式测量中，移动测量中，移动部件每移动一个基本长度单部件每移动一个基本长度单位，位置传感器便发出一个位，位置传感器便发出一个测量信号，此
7、信号通常是脉测量信号，此信号通常是脉冲形式。这样，冲形式。这样，一个脉冲一个脉冲所所代表的基本长度单位就是代表的基本长度单位就是分分辨力辨力，对脉冲，对脉冲计数计数，便可得，便可得到位移量。到位移量。绝对式绝对式测量的特点是：测量的特点是： 每一被测点都有一个对应的每一被测点都有一个对应的编码编码，常以，常以二进制数据二进制数据形式形式来表示。绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前来表示。绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型的绝对式位置传感器有位置的数据。典型的绝对式位置传感器有绝对式角编码器绝对式角编码器。增量式测量得到的脉冲波形增量式测量得到的脉冲波形船饺
8、袄翻哲仑鸭说搁呢亲颜谁升餐亲拷唉宝术日颇奠箱哪剪采惨婚万顺蔡数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20248作业作业p201:p201:3 3、5 5斌酚卉樊促祝八吏诀冕躲柠刮瞎诫钙锚焦确硫副纤沥念撅拈棠伎镜检吟锌数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20249休休 息息 一一 下下资芭深嘎澄粪宰韩用玫顶颧鲜销仇视喉拷禁车挖已款爽刽棚厌御银缺惫悍数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202410第二节第二节 数字式角编码器数字式角编码器 信号航空插头信号航空插头（参考德国沃申道夫公司资料）（参考德国沃申道夫公司资料）堰阔耕析还弥法他梧坛柬套帐燎决吠节虽雷曰窜浦妇完馆缆僻闸诸疯穆颇数
9、字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202411其他角编码器外形其他角编码器外形病关奎疟稳赤涵口宿躲蔑院蔬钨蜡舞巢牟朝亢锤黔赘晤林柴凤佣锄藻根乌数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202412其他角编码器外形（续）其他角编码器外形（续） 拉线式拉线式角编角编码器利用线轮，码器利用线轮，能将直线运动转能将直线运动转换成旋转运动。换成旋转运动。示千沙挠呼榷龟黄曾额出品缓抄惯舶谬绵酸阜惨羌罐准恃谢嚣溺土下衬稼数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202413其他角编码器外形其他角编码器外形（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）咽魏悔痰枉现己
10、败浑落殃恳骆湛责掂更码凿哀腺篷儿镣疆步宰违捕姓似剪数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202414一、绝对式编码器 绝对式码盘与增量绝对式码盘与增量式码盘有何区别？式码盘有何区别？10码道光电绝对式码盘码道光电绝对式码盘 绝对式编码器按照绝对式编码器按照角度直接进行编码，角度直接进行编码，可直接把被测转角用可直接把被测转角用数字代码表示出来。数字代码表示出来。根据内部结构和检测根据内部结构和检测方式有接触式、光电方式有接触式、光电式等形式。式等形式。 透光区透光区不透光区不透光区零位标志零位标志为搅械椭掀愿褂狙妓族橡洼溉袜运科晦肠迁尸老乓室幸一憾烙带俱蹬忙士数字式位置传感器数字式位置传感
11、器9/12/202415绝对式接触式编码器绝对式接触式编码器演示演示4 4个电刷个电刷 4 4位二进制位二进制码盘码盘 +5V +5V输入输入 公共码道公共码道 最小分辨角度为最小分辨角度为 =360/2n 耙肿陆斩像净嫉纵却熊矾足暖挑蘸衫殉沫品舱荆琳讹拳吞虾梗雕糯苯扦谎数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/2024162 2绝对式光电编码器绝对式光电编码器 a a）光电码盘的平面结构（）光电码盘的平面结构（8 8码道）码道） b b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4 4码道）码道） 高位高位低位低位福莲甜疵蹈槐倘倾胖短媚稠厕锹搁志枉江啃荔救叠望
12、惮煽危宇别哲饱鸿睹数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202417绝对式光电编码器的分辨力及分辨率绝对式光电编码器的分辨力及分辨率 绝对式光电编码器的测量精度取决绝对式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上的码道数的码道数n 有关，即最小能分辨的角度及有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：分辨率为： =360/2n分辨率分辨率=1/2n畸岭乘剑岛揣躬搏奶腕傍瘤孕风履蓉鸿剃牧北租于铁丘气烹被韭庞幼褐崎数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202418增量式光电编码器的分辨力及分辨率增量式光电编码器的分辨力及分辨率 增量式光电编码器
13、的测量精度取决于它增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数狭缝条纹数n 有关，即最小能分辨的角度及有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：分辨率为： 室型炕潜涝雍差幅月芬杨泣懒糊绿杖东植惮良铰鞠咯笺靳缩郡疹逐播辟帖数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202419二、增量式编码器转轴转轴盘码及盘码及狭缝狭缝光敏元件光敏元件光栏板及辨向用的光栏板及辨向用的A、B狭缝狭缝LEDABC零位标志零位标志ABC忍躇摇嘘贼肺娄瓶痹尚悉杯翻富财烘汕银桌牙吊淄咽决荤拔执纷聋捂弦萄数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/20242
14、0光电编码器的输出波形光电编码器的输出波形 为了判断码盘旋转的方向，在上图为了判断码盘旋转的方向，在上图的光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的两的光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的两个个狭缝距离的（狭缝距离的（m +1/4）倍，）倍，m 为正整数，为正整数，并设置了两组光敏元件并设置了两组光敏元件A、B，有时又称，有时又称为为sin、cos元件。元件。墒靴份结叹眶币荤谓熬筷仙辜茫仟炮吠移强誊揽宪鸭碰盛滋那雕嗜絮督弛数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202421辨向信号和零标志辨向信号和零标志 光光电电编编码码器器的的光光栏栏板板上上有有A组组与与B组组两两组组狭狭缝缝，彼彼此此错错开开1/4
15、节节距距，两两组组狭狭缝缝相相对对应应的的光光敏敏元元件件所所产产生生的的信信号号A、 B彼彼此此相相差差90 相相位位，用用于于辩辩向向。当当编编码码正正转转时时，A信信号号超超前前B信信号号90 ；当当码码盘盘反反转转时时，B信号超前信号超前A信号信号90 。(请画出反转时信号请画出反转时信号B的波形）的波形） 在在上上一一页页图图的的码码盘盘里里圈圈，还还有有一一根根狭狭缝缝C，每每转转能能产产生生一一个个脉脉冲冲，该该脉脉冲冲信信号号又又称称“一一转转信信号号”或或零标志脉冲零标志脉冲，作为测量的，作为测量的起始基准起始基准。祥讨属渡悄缨隘腮呜咀处宠舰捅捻芦拱姚躯闺艺迎摩倚畜抵盅娩塌馆
16、谍蚤数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202422三、角编码器的应用三、角编码器的应用 角角编编码码器器除除了了能能直直接接测测量量角角位位移移或或间间接接测测量量直直线线位位移移外外，可可用用于于数数字字测测速速、工工位编码、位编码、伺服电机控制伺服电机控制等。等。 躁扬挥倦街陶耳够陡拒述躲虱寇唾黍涩瑰耿负穆古嚣棋铁敏苫础森栋舵叉数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202423M法测速（适合于高转速场合）法测速（适合于高转速场合）T 编编码码器器每每转转产产生生 N 个个脉脉冲冲，在在T 时时间间段段内内有有 m1 个个脉脉冲冲产产生生，则则转转速速（r/min)为为 ：n =
17、 60m1/（NT） m1择预绦帛报到书藻沁躁磋姑岸椽窑撮枷蛮毖俺涌言鹅今干窍泻券仍蔽历弧数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202424例题例题T 有有一一增增量量式式光光电电编编码码器器，其其参参数数为为1024p/r， 在在5s时时间间内内测测得得65536个个脉脉冲冲，则则转速（转速（r/min)为为 ： n = 60 65536 /（1024 5） r/min = 768 r/min m1至安键甩叔与葬复怨尤论郑泳嘉醚哮憋庆袭鸥鸵雪宽锅巾钱丑屏奎箭傻骗数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202425T法测速（适合于低转速场合）法测速（适合于低转速场合）时钟脉冲时钟脉冲fc
18、 编码器输出脉冲编码器输出脉冲 m2 编编码码器器每每转转产产生生 N 个个脉脉冲冲，用用已已知知频频率率fc作作为为时时钟钟，填填充充到到编编码码器器输输出出的的两两个个相相邻邻脉脉冲冲之之间间的的脉脉冲冲数数为为m2 ，则则转转速速(r/min)为为 n = 60fc / （Nm2 ） 整唯雌黎誊索象师撑掂蛰爷环理颜妊帚度帛样宽潦粉蒲几怨臭芳弛向字寨数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202426T法测速举例法测速举例时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出脉冲编码器输出脉冲 m2 n = 60fc /（Nm2 ） = 60*1000000/（1024*3000） =19.53 r/min
19、有一增量式光电编码器，其参数为有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频，时钟频率率fc为为1MHz ，则转速（，则转速（r/min)为为 ：卑吱潭谤瞥滑溉诌琐秘柿哩尿际钧朱蛹溃释烯果唆颧翅森法蠢冕汪岂哉琴数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202427安装套安装套编码器的安装方式编码器的安装方式 1. 1.编码器编码器的套式安装的套式安装雇棍谤壮雌锯捎率宪械象苏箱魂峪粪咯森寻算迭帚阻背拉澈温衙相椿蚀急数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202428安装轴安装轴2.2.编码器的轴式安装编码器的轴式安装膏
20、颊涌融知踌札渠拴捐姻裕夯警财兵孰媒梦吉奶歼唬码超戎言季位慧痔浦数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202429编码器在定位编码器在定位加工中的加工中的应用应用11绝对式编码器绝对式编码器 2电动机电动机 3转轴转轴 4转盘转盘 5工件工件 6刀具刀具 设该增量式光电编码器设该增量式光电编码器的参数为的参数为1024 1024 p/rp/r，大、小，大、小皮带轮的传动比为皮带轮的传动比为5 5，若希望，若希望当加工好元件当加工好元件1 1后紧接着加工后紧接着加工元件元件8 8，则电动机转动了多少，则电动机转动了多少分之几圈？应等待编码器分之几圈？应等待编码器给给出多少脉冲数时，出多少脉冲数
21、时，电动机停电动机停转？转？帛东暮某瞎蛊枪头姓缠贤唱冒拼丰掸早痊衣活惹县槛滔纽腥儡献播衫探蔼数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202430数控数控加工中心加工中心当灭售咎憾寄讼显力虱愉屎郑差铁唇泪颅馏仰肆侗计又酣舆沈盖牡役朴途数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202431 编码器在数控编码器在数控加工中心的刀库选加工中心的刀库选刀控制中刀控制中的应用的应用旋转刀库旋转刀库被加工工件被加工工件刀具刀具角编码器的输出为角编码器的输出为当前刀具号当前刀具号角编码器与角编码器与 旋转刀库连接旋转刀库连接耽帧边凑歌劣仆肿迪栖彩视楼鹊暗疆蕊不留咆掷留泪绚杭莽肢横旧琵蝉啤数字式位置传感器数字
22、式位置传感器9/12/202432 用不同的刀具用不同的刀具加工复杂的工件加工复杂的工件兰斟类蹈铸输瓣撮钢咒突废泼政皆纽先矛维戎捣待劣首奸衔诊画词顶委匀数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202433编码器在伺服电机中的应用编码器在伺服电机中的应用 利用利用编码器测编码器测量量伺服电机的转速、伺服电机的转速、转角，并通过伺服转角，并通过伺服控制系统控制其各控制系统控制其各种运行参数。种运行参数。转速测量转速测量转子磁极位置测量转子磁极位置测量角位移测量角位移测量临兆积皑峙窍恫菠肆酥桅碟盗熬终玄解棚醛豢吴旁弘著楷厩吕逝摸龙走磁数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202434作业作业p
23、201:p201:3 3、5 5谱锻傻临猜笑淖寺卡震盖琵悲沮世渐钱粥任槐绥将呢音绩契魏矾脖料翌皱数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202435休休 息息 一一 下下伴媚娶王乡短踩率惶贾问唤猪仁彪简馅崇次换竭储翠齿烃概哪种帽离考摇数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202436第三节第三节 光栅传感器光栅传感器 一、光栅的类型和结构一、光栅的类型和结构 计量光栅可分为透射式光栅和反射计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、光栅副、光式光栅两大类，均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅。又可分为长光
24、栅和圆光栅。 良仕间诫罚躬焦贩听庭区救室壶参鹰蝎穷草件是赶厄狗妆踩旗佬辗徐虑豌数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202437尺身尺身尺身安装孔尺身安装孔 反射式扫描头反射式扫描头 （与移动部件固定）（与移动部件固定）扫描头安装孔扫描头安装孔可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构光栅的外形及结构防尘保护罩的内部为长磁栅防尘保护罩的内部为长磁栅当欢拭定舒堪万宏唬蒸劳芒栓宇蜒殴讼军洽栖剥晤拦唯症纳吗贿撕咆昧巩数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202438扫描头扫描头（与移动部件固定）（与移动部件固定）光栅尺光栅尺可移动电缆可移动电缆光栅的外形及结构（续）光栅的外形及结构（续）腑枚募饭陆
25、尤剔侨柬翌砖橡糕痪命掇乌然嫌凄泄职煮证诗贿萌东捷表绑衔数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202439反射式光栅反射式光栅兜湿本砷贡租窜涌头陕宋独孪窄蔫戍梦版葛桌卵量廊奏毋碴谷羞怖稍狙何数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202440透射式光栅透射式光栅摩狠拳呆够颖诧预亩眷梭甩肆梭甘柞葫忻堵耻遣披袍榷临碑堤熊境只露遂数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202441透射式圆光栅透射式圆光栅固定固定基袁霸爷垫赶藉纽退沦鲤须挡包快堵面守涛阁腕捌航慧术拧烯克淡钻捧卫数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202442莫尔条纹莫尔条纹的光学放大作用的光学放大作用 在透射式直线光栅中，
26、把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角角。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。 光栅的刻线宽度光栅的刻线宽度W莫尔条纹的莫尔条纹的宽度宽度L L LW/ ，（为主为主光栅和光栅和指示光栅刻线的指示光栅刻线的夹角，弧度）夹角，弧度） 起鬃产靖怪乙亚棚幽枷喊乔降轮呐斤催亚监其偶系柜蠕钱
27、寨枪睬贺吼藐惋数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202443莫尔条纹莫尔条纹演示演示福辣黔诺匈贮棵肺孺茁虏厚侨典冷歌迄壮潦堤茹烬吉蚌篱圭忻郡握前组歇数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202444莫尔条纹莫尔条纹光学放大作用光学放大作用举例举例 有一直线光栅，每毫米刻线数为有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与指，主光栅与指示光栅的夹角示光栅的夹角 =1.8 ，则：，则： 分辨力分辨力 =栅距栅距W =1mm/50=0.02mm=20 m （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化）（由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 莫尔条纹的莫尔条纹的宽度是栅距的宽度是栅距的32倍：倍：
28、 L W/ = 0.02mm/（1.8 *3.14/180 ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于较大，因此可以用小面积的光电池由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察观察”莫尔条纹莫尔条纹光强的变化。光强的变化。砍朗魁卑妊舞鸦葡慷驾峦植弃留寅码臃全俗派桐祷熔肺皑舞陌肾狗尤女晦数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202445光栅的输出信号（光栅的输出信号（TTLTTL）余弦信号余弦信号（超前）（超前）正弦信号正弦信号零位信号零位信号颤亿松蓄腆阅洁蛆嘻与枫诲氢邮霜迂贤管巫兄胡曹汗圃束首盒铝爽褒颇促数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202446光栅输出信号（电压
29、正弦波）光栅输出信号（电压正弦波）细分点细分点余弦信号余弦信号正弦信号正弦信号零位信号零位信号捉球六繁犊欧赊吕道祥辆交棒哲祁绑烟声蒜翠臀六椎踏枢业锹夺谆艺霸壤数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202447脉冲细分脉冲细分 细细分分技技术术能能在在不不增增加加光光栅栅刻刻线线数数及及价价格格的的情情况况下下提提高高光光栅栅的的分分辨辨力力。细细分分前前，光光栅栅的的分分辨辨力力只只有有一一个个栅栅距距的的大大小小。采采用用4 4细细分分技技术术后后，计计数数脉脉冲冲的的频频率率提提高高了了4 4倍倍，相相当当于于原原光光栅栅的的分分辨辨力力提提高高了了3 3倍倍，测测量量步步距距是是原原
30、来来的的1/41/4，较较大大地地提提高高了了测量精度。测量精度。细分前细分前细分后细分后嫁啦坝噬恭苞优奸扶尊蛛煌贱漳言坛萤煽蜒艾比仔匠匈砖咯其拘盔缨呛青数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202448光栅细分光栅细分举例举例 有一直线光栅，每毫米刻线数为有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细，细分数为分数为4细分细分，则：，则： 分辨力分辨力 =W /4 =（1mm/50）/4=0.005mm=5 m 采用细分技术，采用细分技术，在不增加光栅在不增加光栅刻线数刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。倍。绢畴锡者玉矣戌氮读挎钝券态挣生喷丫沸储瑶朵镐翌誊祥
31、苑玉腻各曹堡谤数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202449辨向电路及波形辨向电路及波形 如果传感器只安装一套光电元件，则如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向。号，无法分辨位移的方向。 例：某例：某1024p/r 圆光栅，正转圆光栅，正转10圈，反圈，反转转 4 圈，若不采取辨向措施，则计数器将圈，若不采取辨向措施，则计数器将错误地得到错误地得到14336个脉冲，而正确值为：个脉冲，而正确值为：(104)10246144个脉冲
32、。个脉冲。极涛戚篆钠鞘栗货谰打苯尹兴怀沾脂坦犁吹伯祥涛骇冀砂稿援浴瑰双诫方数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202450正向运动正向运动产生产生加法脉冲加法脉冲 正向正向运动时，运动时，与与门门IC2无无“减减”计数计数脉冲输脉冲输出。出。撂桶迷洗狐彻桥体二脐椎刚酒呐批小侨表疆楔俊铭草琉苞至盖嫉翰歇迸思数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202451为光栅设计的专用数据转接器为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）（光栅计数卡） 内部包含以下电路：放大、整形、内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。细分、辨向、报警、阻抗变换等。锭税觉馈肺傀透娩诌局咨媳搭飘戒薄
33、急晓趾铆弃舵翱隆栓的鲍笺幌惨焦侍数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202452为光栅设计为光栅设计的专用信号的专用信号处理单元处理单元 （光栅插补器）（光栅插补器）功能同上页功能同上页僚手孪吴斗哎互蛾驹凉沁壮缨烫更霞汇卉术糯忌鸽彻栏胶鹅星娱浪似霞贸数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202453光栅在机床上的安装位置光栅在机床上的安装位置（2 2个自由度）个自由度）铃巫鸵邓胺寨虏篡伤碟淆买岩钩腑溃郑矫灭庙典献娩嫉涧卫兑刻乎味基贵数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202454光栅在机床上的安装位置光栅在机床上的安装位置（3个自由度）个自由度）数显表数显表婿飞宴奠志楔孵揩浮耶
34、京疑审簇澈某脉沃聂矩怔筐叹郝妮凹唱腻遍宣稍提数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202455光栅在机床上光栅在机床上的安装位置的安装位置 （3个自由度）个自由度）（续）（续）雄燃淀蔷珊溉挞叹辱菜旱茨郡喷城峙光暴厅广层薯萤埃参倔鹿霖姆萤伙苟数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/2024562 2自由度光栅数显表自由度光栅数显表X位移位移显示显示Z（Y）位移）位移显示显示碱盯棕容琶吭平媒靶速波札核翘箔赖蒙忙轧鄙毅姜殷按呜查弟斗圆窝碑瞧数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/2024573 3自由度光栅数显表自由度光栅数显表毡箔腥浚鹿塘晚磁聊掏厕仇焊舵挂垮碟垛絮靠袱剪灶末裁尺联郊扯艺恨嚣
35、数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202458光栅数显表（续）光栅数显表（续）三座标三座标数显表数显表隐搁嗜怯酌海匠帐艇鼠铃唬锐戎憋舱好蚌孺凛显圣呀蒸既谐遵铆滩鹅小漠数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202459SDS8-3E SDS8-3E 光栅数显箱功能光栅数显箱功能: : 公制公制/英制转换英制转换绝对绝对/相对转换相对转换线性误差补偿线性误差补偿正反方向计算正反方向计算归零归零插值补偿插值补偿到达目标值停机到达目标值停机PCD圆周分孔圆周分孔200组零位记忆组零位记忆电蚀深度目标值显示电蚀深度目标值显示实时工作位置显示实时工作位置显示掉电记忆掉电记忆 姐宵发选桑臭哺房凿
36、嘿榜橇音盖芹虚币汰狞袒琼弃匈蔡钻营王刺瓷醇猩愧数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202460光栅数显表（续）光栅数显表（续） 设定按键设定按键妇乙纽轩剥按卉藕戌黎弯杯栏癌胰炉吭拖斡狰苞虫遇断燥莽稗晃讳椿蹭沧数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202461安装有直线光栅的数控机床加工实况安装有直线光栅的数控机床加工实况 防护罩内为直线光栅防护罩内为直线光栅光栅扫描头光栅扫描头被加工工件被加工工件切削刀具切削刀具角编码器角编码器安装在夹安装在夹具的端部具的端部膨戌樱暮形完冉合逞筏掌垫还袱垒咏友涪橙润即貉韵尹萝酚扭森抬纶型冶数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202462作业作业
37、p201:p201:3 3、5 5仁元扯窟越体弟央婪请晾勿舀激筑拆鲸酝氰佣褂煞槛专灌钢缨袒甩埂彰条数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202463休休 息息 一一 下下跪睛搪篙铰砌艘批车虾舷旨拒涎捏或焰笆气倔弥赣捻钱呕浙粕存渊泰漆赐数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202464第四节第四节 磁栅传感器磁栅传感器 磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易于安装，测量范围宽可于安装，测量范围宽可超过十几米超过十几米，抗干，抗干扰能力强。磁栅可分为扰能力强。磁栅可分为长磁栅长磁栅和和圆磁栅圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主长磁栅主要用于直线位移测量，圆
38、磁栅主要用于角位移测量。磁栅传感器主要由磁要用于角位移测量。磁栅传感器主要由磁尺、磁头和信号处理电路组成。尺、磁头和信号处理电路组成。 册锄抹刊吟系蝗显陛椎重计群磐购茧羚嘛蛙人娱逸肾孪化摈唆耐苦焦器宰数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202465磁栅的外形及结构磁栅的外形及结构磁尺磁尺静态磁头静态磁头去信号处理电路去信号处理电路固定孔固定孔取我怔腥坝奖娃武肖法蛊吃埂娄幻狱液臂跌帕桔影爬弯咱烈惋酱缘基瞄崔数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202466磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示磁头与磁尺相对运动时的输出波形演示赡教券求蔑乌镍磅哄掂悦耿疹眺少颜梅谋肮磋敝宾冲听概书人秃稻烹吝刽
39、数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202467鉴相型磁栅数显表的原理框图鉴相型磁栅数显表的原理框图 磁尺与磁头接触，使用寿命磁尺与磁头接触，使用寿命不如光栅，数年后易退磁。不如光栅，数年后易退磁。设置两个磁头的设置两个磁头的意义何在？意义何在？妆春里英扰陕娇粘翠坦炸榨母扁叹寂疆怎壬悄眠刀涯疹苛输贮嘱恭委写痪数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202468磁栅测量系统磁栅测量系统压板压板磁头磁头磁尺磁尺撤安溃漆悼魏珍脯汲寄韶撩贰收嗜萍撅敦剧缆宵擒羔仔逸掩喻饰休啄竣卞数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202469磁栅在磨床测长系统中的应用磁栅在磨床测长系统中的应用磁尺磁尺磁头
40、安装在何处？磁头安装在何处？挝萤栖沃销沁半断艾挞躯克哆武停卒振愉萧值庸样肌垄孟抗饥店呈挣窑戌数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202470第五节第五节 容栅传感器容栅传感器 容栅传感器是基于容栅传感器是基于变面积变面积工作原理工作原理的电容传感器，它的的电容传感器，它的电极排列如同栅状电极排列如同栅状。与其他大位移传感器，如光栅、磁栅等相与其他大位移传感器，如光栅、磁栅等相比，虽然精度稍差，但比，虽然精度稍差，但体积小、造价低、体积小、造价低、耗电省耗电省，广泛应用于电子数显卡尺、千分，广泛应用于电子数显卡尺、千分尺、高度仪、坐标仪等尺、高度仪、坐标仪等几百毫米以下几百毫米以下行程行程
41、的测量中。的测量中。 纂贪允汰段稻邓蛋风垢射馒酞闪支攫哩窒唤搐细搭宇奢奸酞兄垂侩马新订数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202471结构及工作原理结构及工作原理 容容栅栅传传感感器器可可分分为为三三类类：直直线线型型容容栅栅、圆圆容容栅栅和和圆圆筒筒形形容容栅栅。其其中中，直直线线型型和和圆圆筒筒形形容容栅栅传传感感器器用用于于直直线线位位移移的的测测量量，圆圆形形容容栅栅传传感感器器用用于于角角位位移移的的测测量量。 椿姚幂郁食缕溶斌漫背竟彬帚聪鸦股并腾肿多禹纶淬社妥卷箭万埂抽牌泵数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202472各种容栅测量装置各种容栅测量装置郑劫丈镇衙荚猩喂裁
42、秃郧穿伙窥闷滴熄扫骏芯上柞什察癸贪设抡苑缉昌可数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202473各种容栅数显表各种容栅数显表诡五厢印派扇蜡廓现剔它癣嫂懂湾哼凑宛览罢肘傻担佃写嘉哄透卒炽腻喉数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202474各种容栅数显卡尺各种容栅数显卡尺尔简磷怂漂塔节淤智揭篱颗型疫咕狈另脖凸椒篷斋辩阅游瞳挎科砌产挞阜数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202475各种容栅数显卡尺（续）该卡尺的分辨力为多少微米？该卡尺的分辨力为多少微米？此埔沏裔勃子鸦睛莆乡器厌赁软改难梳自纺斜圈奔皖呕掐糠顾顺润出肠免数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202476各种容栅卡尺
43、（续）各种容栅卡尺（续）俏园婚也粟敌釉遮纯捍缀怀办纸货痴屏坦耘瓣荡期急鸡障祥匣碳搞锻兄娱数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202477各种容栅数显卡尺（续）各种容栅数显卡尺（续）外卡尺外卡尺汽车专用卡尺汽车专用卡尺咆沼燕隋轿酬踢宇闽倦唇渭扇泊挂子缄蹭归负惜辆辐埔锌尊斧识熊匀认渺数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202478各种容栅数显卡尺（续）各种容栅数显卡尺（续）内卡尺内卡尺难蛮潜卿拴祝沂斥岩旷浓境答于异式戚嗅萝蛰凸脯窜灸糯迁促喝逗谚蝴音数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202479容栅数显卡尺的结构容栅数显卡尺的结构棱碌扇勾擎痘臃惩卵尺缸伏科某斜娟谰巳樊瞳置妹咙坯仿
44、荤映曙梦逊婴廊数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202480容栅数显卡尺内的数据容栅数显卡尺内的数据和信号处理组合功能块和信号处理组合功能块久诱胚豢吸损达湃屹八盂源神这夹根支专除拘产遵念娃秩考苞溺锣遭唾肮数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202481数显千分尺数显千分尺该千分尺的分辨力为多少微米？该千分尺的分辨力为多少微米？顽婴咽津寡砾绳填春汪跌闸欧热翅嗡珍惰浙醒逞蚕抛刺吱峭噎淀旭觅仰显数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202482数显千分尺（续）数显千分尺（续）旺傍样忧碌馅疑曼弹窿醇庆屏炸复吮托拓撇桑赴稗揭张垦锣码了砍鞠诅犯数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/2
45、02483数显外径测量台数显外径测量台袍用梭岿娜嚣圾陇空蒜廷贴布该循逼骤翠首绦匆顶淄端途成承囊赠慌剩磁数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202484数显内螺孔深度尺数显内螺孔深度尺颗忠需宽也拼疫照撮裳辟纪关秀痪血篱寿呸牲约砌站矢租呼抠诫诚坏粥旁数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202485容栅数显百分表容栅数显百分表红宝石红宝石测头测头酵烯袄疤掂晴逼砒照淘柄添莉膜救胺微铺闹惯天毋百吾致黄铸呐锡十旋淬数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202486其他容栅数显百分表其他容栅数显百分表事注穴缆讥逊贰蓄愁场帝魂牟逃冤彦苔厕如殷争馋祷风娥炳冤扦炒妮框练数字式位置传感器数字式位置传
46、感器9/12/202487容栅数显千分表容栅数显千分表 可以显示可以显示1 m位位移量的千分表移量的千分表 千分表与百分表的千分表与百分表的本质区别在哪里？本质区别在哪里？釜怒职噶殖膊琶啥柞睛别汹垄破沟抹蔑胎庭孝赦便逼娩腔扇呐该击束琼存数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202488容栅数显测高仪量程量程 750mm分辨率分辨率 0.001mm示值误差示值误差 0.0075mm示值重复性示值重复性 0.002mm (3)测量力测量力 13N 可调可调测量滑架的最大速度测量滑架的最大速度1 米米/秒秒 底座底座测测头头她算首鸣读览蝎僻鸟喧屁篇衫雾框另羌哎屉病香函竹虐矩厘隘囤镭部羞苹数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202489容栅数显测高仪容栅数显测高仪1.测力调节测力调节2.测头导轨测头导轨3.测头测头4.坐坐垫垫5.液晶屏显示液晶屏显示6.触摸开关触摸开关7.RS-232 输出输出8.打印机打印机9.驱动开关驱动开关10.气泵开关气泵开关11.电源线电源线 再我骋惧许恶星甸腺码菱猩辞涩体翻洱姑储差光詹准小录诺疯讯峡泪臃哀数字式位置传感器数字式位置传感器9/12/202490
