1會(huì)計(jì)學(xué)傳感器傳感器_數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器按工作原理不同，可分為：數(shù)字式傳感器按工作原理不同，可分為：*脈沖數(shù)字式傳感器：脈沖數(shù)字式傳感器：光電編碼器、光柵傳感器、感光電編碼器、光柵傳感器、感應(yīng)同步器、磁柵傳感器等應(yīng)同步器、磁柵傳感器等*頻率輸出式數(shù)字傳感器：頻率輸出式數(shù)字傳感器：振弦式、振筒式和振膜式振弦式、振筒式和振膜式傳感器。傳感器。61 碼盤式傳感器碼盤式傳感器 這種傳感器是建立在編碼器的基礎(chǔ)上的。這種傳感器是建立在編碼器的基礎(chǔ)上的。 按原理分按原理分：電觸式、電容式、感應(yīng)式、光電式等。電觸式、電容式、感應(yīng)式、光電式等。 按測(cè)量對(duì)象分：測(cè)長(zhǎng)度按測(cè)量對(duì)象分：測(cè)長(zhǎng)度碼尺碼尺 測(cè)角度測(cè)角度碼盤碼盤這里只討論光電式碼盤，稱為光電編碼器這里只討論光電式碼盤，稱為光電編碼器.分類一、光電編碼器的工作原理一、光電編碼器的工作原理 光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器是由碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)，并輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如下：置檢測(cè)，并輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如下：光源光源透鏡透鏡碼盤碼盤轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸透鏡透鏡光敏元件光敏元件放大整形放大整形脈沖輸出脈沖輸出 通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外為判斷數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤可以提供相位相差旋轉(zhuǎn)方向，碼盤可以提供相位相差900的兩路的兩路脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)。光源光源透鏡透鏡碼盤碼盤轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸透鏡透鏡光敏元件光敏元件放大整形放大整形脈沖輸出脈沖輸出 編碼器包括碼盤和碼尺編碼器包括碼盤和碼尺。碼盤用于測(cè)量。碼盤用于測(cè)量角度。碼尺用于測(cè)量長(zhǎng)度，測(cè)量長(zhǎng)度的實(shí)際角度。碼尺用于測(cè)量長(zhǎng)度，測(cè)量長(zhǎng)度的實(shí)際應(yīng)用比較少。所以在這里只討論碼盤。應(yīng)用比較少。所以在這里只討論碼盤。110000缺點(diǎn)：碼道多，要求制造精度高，否則，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。二、碼制和碼盤二、碼制和碼盤雙讀數(shù)頭法循環(huán)碼盤（參考德國(guó)沃申道夫公司資料）（參考德國(guó)沃申道夫公司資料） 拉線式拉線式角編角編碼器利用線輪，碼器利用線輪，能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。光電編碼器包括增量編碼器和絕對(duì)碼編碼器兩大類。光電編碼器包括增量編碼器和絕對(duì)碼編碼器兩大類。三、增量編碼器三、增量編碼器 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖出三組方波脈沖 A、B 和和C 相；相；A、B 兩組脈兩組脈沖相位差沖相位差 900，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而，而 C 相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸盤碼及盤碼及狹縫狹縫光敏元件光敏元件光欄板及辨向用的光欄板及辨向用的A、B狹縫狹縫LEDABC零位標(biāo)志零位標(biāo)志ABC增量式碼盤增量式碼盤10碼碼道道光電絕對(duì)式碼盤光電絕對(duì)式碼盤 它的優(yōu)點(diǎn)是原理它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其距離傳輸。其缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。對(duì)位置信息。零位標(biāo)志零位標(biāo)志思考：當(dāng)工作的過(guò)程中突然停電，兩種編碼形式的編碼器有何不同？n0360n1分辨率 絕對(duì)式碼盤與增量絕對(duì)式碼盤與增量式碼盤有何區(qū)別？式碼盤有何區(qū)別？10碼道光電絕對(duì)式碼盤碼道光電絕對(duì)式碼盤 絕對(duì)式編碼器按照絕對(duì)式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，角度直接進(jìn)行編碼，可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)。數(shù)字代碼表示出來(lái)。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式有接觸式、光電方式有接觸式、光電式等形式。式等形式。 零位標(biāo)志零位標(biāo)志4 4位二進(jìn)制位二進(jìn)制碼盤碼盤 +5V +5V輸入輸入 公共碼道公共碼道 最小分辨角度為最小分辨角度為 =360/2n 4 4個(gè)電刷個(gè)電刷 光電編碼器是一種角度（角速度）檢測(cè)光電編碼器是一種角度（角速度）檢測(cè)裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)電轉(zhuǎn)換原理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。置和設(shè)備中。 利用利用編碼器測(cè)編碼器測(cè)量量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過(guò)伺、轉(zhuǎn)角，并通過(guò)伺服控制系統(tǒng)控制其服控制系統(tǒng)控制其各種運(yùn)行參數(shù)。各種運(yùn)行參數(shù)。轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)子磁極位置測(cè)量轉(zhuǎn)子磁極位置測(cè)量角位移測(cè)量角位移測(cè)量三相電參數(shù)閉環(huán)控制1 1絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器 2電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 3轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 4轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤 5工件工件 6刀具刀具 62 光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副、光電接受元光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副、光電接受元件三大部分組成。光柵副件三大部分組成。光柵副是光柵傳感器的主要部分是光柵傳感器的主要部分。在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵。在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵通常稱為計(jì)量光柵通常稱為計(jì)量光柵，它，它主要由主要由主光柵（也稱標(biāo)尺光柵）和指示光柵主光柵（也稱標(biāo)尺光柵）和指示光柵組成。組成。計(jì)量光柵可為透射式光柵和反射式光柵兩大類。計(jì)量光柵可為透射式光柵和反射式光柵兩大類。當(dāng)當(dāng)標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋產(chǎn)生亮暗交替變化，利用光電接受元件，將莫爾條產(chǎn)生亮暗交替變化，利用光電接受元件，將莫爾條紋亮暗變化的光信號(hào)紋亮暗變化的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并與數(shù)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并與數(shù)字顯示，從而測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。字顯示，從而測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。abW刻線密度刻線密度：（ 1010，2525，5050，100100線）線）/mm/mm10001000線線/mm /mm a：刻線寬度：刻線寬度b:刻線間的縫隙寬度刻線間的縫隙寬度W：柵距，光柵常數(shù)：柵距，光柵常數(shù) 透射光柵透射光柵是在一塊長(zhǎng)方形的光學(xué)玻璃上均勻是在一塊長(zhǎng)方形的光學(xué)玻璃上均勻地刻上許多條紋，形成規(guī)則排列的明暗線條。地刻上許多條紋，形成規(guī)則排列的明暗線條。 圖圖610中中a為刻線寬度，為刻線寬度，b為刻線間的縫隙為刻線間的縫隙寬度，寬度，a+b=w稱為光柵的柵距（或光柵常數(shù)）稱為光柵的柵距（或光柵常數(shù)） 指示光柵一般比主光柵短得多，通?？逃信c指示光柵一般比主光柵短得多，通?？逃信c主光柵同樣密度的主光柵同樣密度的線紋。線紋。光源一般用鎢絲燈泡。光源一般用鎢絲燈泡。光電元件包括光電池光電元件包括光電池和光敏三極管等部分和光敏三極管等部分。尺身尺身尺身安裝孔尺身安裝孔 反射式掃描頭反射式掃描頭 （與移動(dòng)部件固定）（與移動(dòng)部件固定）掃描頭安裝孔掃描頭安裝孔可移動(dòng)電纜可移動(dòng)電纜防塵保護(hù)罩的內(nèi)部為長(zhǎng)磁柵防塵保護(hù)罩的內(nèi)部為長(zhǎng)磁柵掃描頭掃描頭（與移動(dòng)部件固定）（與移動(dòng)部件固定）光柵尺光柵尺可移動(dòng)電纜可移動(dòng)電纜固定固定二、莫爾條紋形成的原理及特點(diǎn)二、莫爾條紋形成的原理及特點(diǎn)“莫爾”原出于法文Moire，意思是水波紋。法國(guó)絲綢工人 在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對(duì)疊在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對(duì)疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角角。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過(guò)，形成亮帶；在兩。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過(guò)，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯(cuò)開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。光柵刻線的錯(cuò)開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。 光柵的刻線寬度光柵的刻線寬度W莫爾條紋的莫爾條紋的寬度寬度BH BHW/ ，（為主為主光柵和光柵和指示光柵刻線的指示光柵刻線的夾角，弧度）夾角，弧度） BH 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，主光柵與，主光柵與指示光柵的夾角指示光柵的夾角 =1.8 ，則：，則： 分辨力分辨力 =柵距柵距W =1mm/50=0.02mm=20 m （由于柵距很小，因此無(wú)法觀察光強(qiáng)的變化）（由于柵距很小，因此無(wú)法觀察光強(qiáng)的變化） 莫爾條紋的莫爾條紋的寬度是柵距的寬度是柵距的32倍：倍： BH W/ = 0.02mm/（1.8 *3.14/180 ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm由于較大，因此可以由于較大，因此可以 “觀察觀察”莫爾條紋莫爾條紋光強(qiáng)的變化光強(qiáng)的變化。三三.光柵位移數(shù)字轉(zhuǎn)換的基本原理光柵位移數(shù)字轉(zhuǎn)換的基本原理1. 光柵傳感器輸出信號(hào)波形光柵傳感器輸出信號(hào)波形當(dāng)光柵相對(duì)位移一個(gè)柵距時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋寬度，當(dāng)光柵相對(duì)位移一個(gè)柵距時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋寬度，相應(yīng)照射在光電池上的光強(qiáng)度發(fā)生一個(gè)周期的變化，使輸出電相應(yīng)照射在光電池上的光強(qiáng)度發(fā)生一個(gè)周期的變化，使輸出電信號(hào)周期變化，其輸出波形如圖：信號(hào)周期變化，其輸出波形如圖： 輸出表達(dá)式：輸出表達(dá)式： 0mCOS(2/w)X 式中，式中，2/W為空間角頻率，為空間角頻率，W為柵距（信號(hào)周期），為柵距（信號(hào)周期）， X為位移。為位移。 由此可知，只要計(jì)算輸出電壓的周期數(shù)，便可測(cè)出位移量。從而由此可知，只要計(jì)算輸出電壓的周期數(shù)，便可測(cè)出位移量。從而實(shí)現(xiàn)了位移量向電量的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了位移量向電量的轉(zhuǎn)換。在一個(gè)周期內(nèi)，V的變化是位移在一的變化是位移在一個(gè)柵距內(nèi)變化的余弦函數(shù)，每一周期對(duì)應(yīng)一個(gè)柵距。個(gè)柵距內(nèi)變化的余弦函數(shù)，每一周期對(duì)應(yīng)一個(gè)柵距。 但是如果只用一個(gè)光電元件，其輸出信號(hào)還存在兩個(gè)問題：但是如果只用一個(gè)光電元件，其輸出信號(hào)還存在兩個(gè)問題： 辨向問題：用一個(gè)光電元件無(wú)法辨別運(yùn)動(dòng)方向；辨向問題：用一個(gè)光電元件無(wú)法辨別運(yùn)動(dòng)方向； 精度低；分辨力只為一個(gè)柵距精度低；分辨力只為一個(gè)柵距W。怎么解決這兩個(gè)問題呢？怎么解決這兩個(gè)問題呢？ 在實(shí)際應(yīng)用中，大部分被測(cè)物體的移動(dòng)往往不是單向的在實(shí)際應(yīng)用中，大部分被測(cè)物體的移動(dòng)往往不是單向的，既有正向運(yùn)動(dòng)，也可能有反向運(yùn)動(dòng)。單個(gè)光電元件接收一，既有正向運(yùn)動(dòng)，也可能有反向運(yùn)動(dòng)。單個(gè)光電元件接收一固定點(diǎn)的莫爾條紋信號(hào)，只能判別明暗的變化而不能辨別莫固定點(diǎn)的莫爾條紋信號(hào)，只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動(dòng)方向，因而就不能判別運(yùn)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)方向，爾條紋的移動(dòng)方向，因而就不能判別運(yùn)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)方向，以致不能正確測(cè)量位移。以致不能正確測(cè)量位移。 細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個(gè)提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個(gè)柵距的大小。采用柵距的大小。采用4 4細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高了高了4 4倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3 3倍，測(cè)量步倍，測(cè)量步距是原來(lái)的距是原來(lái)的1/41/4，較大地提高了測(cè)量精度。，較大地提高了測(cè)量精度。提高光柵的分辨力對(duì)柵線進(jìn)行加密采用細(xì)分技術(shù)四細(xì)分四細(xì)分 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，細(xì)，細(xì)分?jǐn)?shù)為分?jǐn)?shù)為4細(xì)分細(xì)分，則：，則： 分辨力分辨力 =（1mm/50）/4=0.005mm=5 m 采用細(xì)分技術(shù)，采用細(xì)分技術(shù)，在不增加光柵在不增加光柵刻線數(shù)刻線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提高了（成本）的情況下，將分辨力提高了3倍。倍。 內(nèi)部包含以下電路：放大、整形內(nèi)部包含以下電路：放大、整形、細(xì)分、辨向、報(bào)警、阻抗變換等。、細(xì)分、辨向、報(bào)警、阻抗變換等。功能同上頁(yè)功能同上頁(yè)數(shù)顯表數(shù)顯表X位移位移顯示顯示Z（Y）位移）位移顯示顯示6-3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器也是一種用來(lái)測(cè)量位移量的數(shù)字式感應(yīng)同步器也是一種用來(lái)測(cè)量位移量的數(shù)字式傳感器，它是利用傳感器，它是利用兩個(gè)平面型繞組兩個(gè)平面型繞組的互感隨位置不的互感隨位置不同而變化的原理制成的，它的工作原理與變壓器的同而變化的原理制成的，它的工作原理與變壓器的工作原理類似，又稱工作原理類似，又稱平面變壓器平面變壓器。 感應(yīng)同步器由兩個(gè)平面形印刷繞組組成，平面繞感應(yīng)同步器由兩個(gè)平面形印刷繞組組成，平面繞組是用銅箔加工而成，粘在鋼板上或鑄鐵制成的基組是用銅箔加工而成，粘在鋼板上或鑄鐵制成的基體上，兩個(gè)繞組相當(dāng)于變壓器的兩個(gè)線圈。體上，兩個(gè)繞組相當(dāng)于變壓器的兩個(gè)線圈。 感應(yīng)同步器有兩種，一種是感應(yīng)同步器有兩種，一種是直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器，用，用來(lái)測(cè)量線位移，兩個(gè)繞組分為來(lái)測(cè)量線位移，兩個(gè)繞組分為定尺繞組定尺繞組和和滑尺繞組滑尺繞組。 另一種是另一種是圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器，用來(lái)測(cè)量角位移。兩個(gè)，用來(lái)測(cè)量角位移。兩個(gè)繞組分為繞組分為定子繞組定子繞組和和轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組。 定尺和轉(zhuǎn)子的繞組為連續(xù)繞組定尺和轉(zhuǎn)子的繞組為連續(xù)繞組，相當(dāng)于變壓器的，相當(dāng)于變壓器的副邊，用于輸出與位移有關(guān)的信號(hào)。副邊，用于輸出與位移有關(guān)的信號(hào)?；吆投ㄗ拥幕吆投ㄗ拥睦@組為分段繞組繞組為分段繞組（又稱為正、余弦繞組），工作時(shí)（又稱為正、余弦繞組），工作時(shí)輸入激磁電壓，用以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。輸入激磁電壓，用以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。一一. 感應(yīng)同步器的種類及結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器的種類及結(jié)構(gòu)圖6-23結(jié)構(gòu)組成節(jié)距：繞組在節(jié)距：繞組在長(zhǎng)度方向的分長(zhǎng)度方向的分布周期布周期滑尺與定尺相對(duì)移動(dòng)時(shí)，滑尺與定尺相對(duì)移動(dòng)時(shí)，定尺繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)定尺繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與兩尺的相對(duì)位移成正比與兩尺的相對(duì)位移成正比正弦繞組正弦繞組余弦繞組余弦繞組122211()2424kklwww滑尺繞組上的正弦繞組和余弦繞組在空間上相差滑尺繞組上的正弦繞組和余弦繞組在空間上相差/2，或，或k /2。這個(gè)空間角如下確定：設(shè)定尺的節(jié)距為。這個(gè)空間角如下確定：設(shè)定尺的節(jié)距為w2=2(a2+b2),相當(dāng)于空間角相當(dāng)于空間角2，對(duì)應(yīng)于一個(gè)周期，則滑尺兩繞，對(duì)應(yīng)于一個(gè)周期，則滑尺兩繞組（正弦繞組，余弦繞組）之間的距離組（正弦繞組，余弦繞組）之間的距離:2kk為整數(shù)為整數(shù),在這里在這里w2相當(dāng)于一個(gè)周期相當(dāng)于一個(gè)周期2 l1 相當(dāng)于相當(dāng)于對(duì)于圓感應(yīng)同步器，其定子的正余弦繞組同樣滿足相差對(duì)于圓感應(yīng)同步器，其定子的正余弦繞組同樣滿足相差90 定尺與滑尺間的定尺與滑尺間的氣隙應(yīng)保持在氣隙應(yīng)保持在0.250.05mm范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。二二. 工作原理工作原理以直線感應(yīng)同步器為例以直線感應(yīng)同步器為例，當(dāng)兩繞組位置相對(duì)固定時(shí)，滑尺繞組當(dāng)兩繞組位置相對(duì)固定時(shí)，滑尺繞組中的激磁電流使定尺繞組中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，其大小為：中的激磁電流使定尺繞組中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，其大小為：diEMdtM為互感系數(shù)為互感系數(shù) ViRM dvdvEkR dtdt如果假設(shè)繞組的自感系數(shù)很小，且激磁頻率較低，則滑尺激如果假設(shè)繞組的自感系數(shù)很小，且激磁頻率較低，則滑尺激磁繞組可視為純電阻，則激磁電流為：磁繞組可視為純電阻，則激磁電流為：,所以有所以有K稱為電磁耦合系數(shù)稱為電磁耦合系數(shù) 隨著兩繞組間的位置關(guān)系不同，定尺中的感應(yīng)電勢(shì)大小是不同隨著兩繞組間的位置關(guān)系不同，定尺中的感應(yīng)電勢(shì)大小是不同的，我們可以具體分析如下：見的，我們可以具體分析如下：見P129 圖圖6-26當(dāng)滑尺與定尺間的相對(duì)位置按下面規(guī)律變化，以正弦繞組為例：當(dāng)滑尺與定尺間的相對(duì)位置按下面規(guī)律變化，以正弦繞組為例：1. x=o時(shí)：這時(shí)兩繞組完全重合，通過(guò)定尺的耦合磁通最大，這時(shí)：這時(shí)兩繞組完全重合，通過(guò)定尺的耦合磁通最大，這時(shí)定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)最大。時(shí)定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)最大。2. x=1/4W時(shí)時(shí)：滑尺跨在定尺的兩側(cè)，定尺中的感應(yīng)電勢(shì)相互抵消：滑尺跨在定尺的兩側(cè)，定尺中的感應(yīng)電勢(shì)相互抵消為零。為零。3. x=1/2W時(shí)時(shí)：滑尺與定尺重合，但感應(yīng)電勢(shì)方向與：滑尺與定尺重合，但感應(yīng)電勢(shì)方向與x=0時(shí)時(shí)相反，達(dá)相反，達(dá)到反方向最大。到反方向最大。4. x=3/4W時(shí)時(shí)：定尺中感應(yīng)電勢(shì)為零。：定尺中感應(yīng)電勢(shì)為零。cossSdvEKdt22xw因此，對(duì)于正弦繞組激磁而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的大小為：因此，對(duì)于正弦繞組激磁而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的大小為： cos為位置系數(shù)，為位置系數(shù)，1214lwsincCdvEKdt 同理，若設(shè)同理，若設(shè)，則可推出對(duì)于余弦繞組激磁而產(chǎn)生的則可推出對(duì)于余弦繞組激磁而產(chǎn)生的而總電勢(shì)為：而總電勢(shì)為：(cossin)scSCdvdvEEEKdtdt 這里討論是在理想情況下近似的，實(shí)際的輸出中還存在有其這里討論是在理想情況下近似的，實(shí)際的輸出中還存在有其它高次諧波及干擾。它高次諧波及干擾。 一般情況下，激磁電壓一般情況下，激磁電壓，感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)；但激磁電壓；但激磁電壓太大（太大（i增大），引起發(fā)熱，致使不能正常工作。增大），引起發(fā)熱，致使不能正常工作。V=12V.【演示演示】感應(yīng)電勢(shì)為：感應(yīng)電勢(shì)為：三三. 感應(yīng)同步器的工作方式感應(yīng)同步器的工作方式感應(yīng)同步器工作方式通常分為：感應(yīng)同步器工作方式通常分為：鑒相型鑒相型鑒幅型鑒幅型(coscossinsin)2cos()cos()SCmmmEEEk Vttk Vtk Vtxw鑒相型工作方式鑒相型工作方式鑒相型工作方式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量的一鑒相型工作方式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量的一種工作方式。種工作方式。激磁方式：對(duì)滑尺的正余弦繞組分別供以幅值相同，但相位相激磁方式：對(duì)滑尺的正余弦繞組分別供以幅值相同，但相位相差差90的交流方波。的交流方波。sincosSmCmVVtVVt這時(shí)這時(shí)coscoscossinsinsinsSmcCmdvEkkVtdtdvEkkVtdt 總電勢(shì)為：總電勢(shì)為： 這相當(dāng)于一個(gè)相位調(diào)制波，當(dāng)位移這相當(dāng)于一個(gè)相位調(diào)制波，當(dāng)位移X發(fā)生變化時(shí)，輸出發(fā)生變化時(shí)，輸出信號(hào)的相位發(fā)生變化。信號(hào)的相位發(fā)生變化。 由上述討論可知，輸出信號(hào)的幅值與激磁電壓（相當(dāng)于由上述討論可知，輸出信號(hào)的幅值與激磁電壓（相當(dāng)于載波）的頻率有關(guān)。激磁頻率越高，輸出幅值越大，且可使載波）的頻率有關(guān)。激磁頻率越高，輸出幅值越大，且可使測(cè)量速度提高。但若激磁頻率過(guò)高，則導(dǎo)致感抗增加，容抗測(cè)量速度提高。但若激磁頻率過(guò)高，則導(dǎo)致感抗增加，容抗減小，使測(cè)量精度下降。減小，使測(cè)量精度下降。 從上面討論還可以看出，在一個(gè)節(jié)距從上面討論還可以看出，在一個(gè)節(jié)距w內(nèi)，感應(yīng)輸出電內(nèi)，感應(yīng)輸出電壓的相位壓的相位與滑尺和定尺間位移與滑尺和定尺間位移x相對(duì)應(yīng)，每當(dāng)位移變化一個(gè)相對(duì)應(yīng)，每當(dāng)位移變化一個(gè)節(jié)距，節(jié)距，變化變化2角度，輸出信號(hào)的相位變化一個(gè)周期，因此角度，輸出信號(hào)的相位變化一個(gè)周期，因此，必須采用累加計(jì)數(shù)的辦法求總的位移量。，必須采用累加計(jì)數(shù)的辦法求總的位移量。 鑒幅型工作方式鑒幅型工作方式通過(guò)輸出電壓幅值變化來(lái)測(cè)量位移。通過(guò)輸出電壓幅值變化來(lái)測(cè)量位移。激磁方式：滑尺的正、余弦繞組分別加以頻率相同、相位相激磁方式：滑尺的正、余弦繞組分別加以頻率相同、相位相同、但幅值不等（按正、余弦規(guī)律變化）的交流電壓。同、但幅值不等（按正、余弦規(guī)律變化）的交流電壓。 sinsincossinSmCmVVtVVtcossincoscossincossincossSmcCmdvEkk VtdtdvEkk Vtdt sin()cos2sin()cosSCmmEEEk Vtk Vxtw可見，當(dāng)激磁電壓不變，可見，當(dāng)激磁電壓不變，固定，則輸出信號(hào)幅值與相對(duì)位固定，則輸出信號(hào)幅值與相對(duì)位移移x有關(guān)。有關(guān)。 設(shè)初始設(shè)初始= ；如果；如果，說(shuō)明由位移存在，若設(shè)法改變，說(shuō)明由位移存在，若設(shè)法改變 ，使，使，則通過(guò)計(jì)算，則通過(guò)計(jì)算的變化量便可求得的變化量便可求得x的大小。的大小。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 定尺、滑尺定尺、滑尺 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 數(shù)顯表數(shù)顯表 發(fā)射電極分為發(fā)射電極分為6組，每組組，每組8個(gè)電極，編號(hào)相同的電極施加相同激個(gè)電極，編號(hào)相同的電極施加相同激勵(lì)信號(hào)，相鄰電極上激勵(lì)信號(hào)相位差為勵(lì)信號(hào)，相鄰電極上激勵(lì)信號(hào)相位差為45度。度。 數(shù)顯千分尺數(shù)顯千分尺 64 振弦式傳感器振弦式傳感器 式中 ： l 振弦的有效長(zhǎng)度；振弦的線密度(單位長(zhǎng)度的質(zhì)量)。振弦的固有頻率f0：思考題：思考題：1、什么是莫爾條紋的放大作用？、什么是莫爾條紋的放大作用？2、設(shè)有一光柵，其刻線數(shù)為、設(shè)有一光柵，其刻線數(shù)為250線線/mm，要用它測(cè)，要用它測(cè)量量1微米的位移，應(yīng)采取什么措施？微米的位移，應(yīng)采取什么措施？3、感應(yīng)同步器如何在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用？、感應(yīng)同步器如何在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用？4、感應(yīng)同步器繞組節(jié)距通常為、感應(yīng)同步器繞組節(jié)距通常為2mm，為什么可以用，為什么可以用它測(cè)出它測(cè)出0.01mm的位移量？的位移量？5、振弦式傳感器輸出的是什么信號(hào)？、振弦式傳感器輸出的是什么信號(hào)？ 絕對(duì)式碼盤與增量絕對(duì)式碼盤與增量式碼盤有何區(qū)別？式碼盤有何區(qū)別？10碼道光電絕對(duì)式碼盤碼道光電絕對(duì)式碼盤 絕對(duì)式編碼器按照絕對(duì)式編碼器按照角度直接進(jìn)行編碼，角度直接進(jìn)行編碼，可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用可直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來(lái)。數(shù)字代碼表示出來(lái)。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式有接觸式、光電方式有接觸式、光電式等形式。式等形式。 零位標(biāo)志零位標(biāo)志62 光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副、光電接受元光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副、光電接受元件三大部分組成。光柵副件三大部分組成。光柵副是光柵傳感器的主要部分是光柵傳感器的主要部分。在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵。在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵通常稱為計(jì)量光柵通常稱為計(jì)量光柵，它，它主要由主要由主光柵（也稱標(biāo)尺光柵）和指示光柵主光柵（也稱標(biāo)尺光柵）和指示光柵組成。組成。計(jì)量光柵可為透射式光柵和反射式光柵兩大類。計(jì)量光柵可為透射式光柵和反射式光柵兩大類。當(dāng)當(dāng)標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋產(chǎn)生亮暗交替變化，利用光電接受元件，將莫爾條產(chǎn)生亮暗交替變化，利用光電接受元件，將莫爾條紋亮暗變化的光信號(hào)紋亮暗變化的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并與數(shù)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并與數(shù)字顯示，從而測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。字顯示，從而測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。 細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下細(xì)分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個(gè)提高光柵的分辨力。細(xì)分前，光柵的分辨力只有一個(gè)柵距的大小。采用柵距的大小。采用4 4細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提細(xì)分技術(shù)后，計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高了高了4 4倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了倍，相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了3 3倍，測(cè)量步倍，測(cè)量步距是原來(lái)的距是原來(lái)的1/41/4，較大地提高了測(cè)量精度。，較大地提高了測(cè)量精度。提高光柵的分辨力對(duì)柵線進(jìn)行加密采用細(xì)分技術(shù)四細(xì)分四細(xì)分 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，細(xì)，細(xì)分?jǐn)?shù)為分?jǐn)?shù)為4細(xì)分細(xì)分，則：，則： 分辨力分辨力 =（1mm/50）/4=0.005mm=5 m 采用細(xì)分技術(shù)，采用細(xì)分技術(shù)，在不增加光柵在不增加光柵刻線數(shù)刻線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提高了（成本）的情況下，將分辨力提高了3倍。倍。X位移位移顯示顯示Z（Y）位移）位移顯示顯示