1、第四章數(shù)字傳感器、數(shù)字傳感器可以將測得的模擬計程儀量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。 與計程儀傳感器相比較的特征是：的抗擾度強，穩(wěn)定性強。微機接口容易，信號處理和自動測量容易。 在本章中，經(jīng)常使用的數(shù)字傳感器光柵傳感器旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，4.1光柵傳感器，一、光柵的定義和分類1 .定義：光柵是多個等間距的透光狹縫和不透光樹袋熊骨架均勻排列的光學(xué)解老虎鉗，一般為長條狀的2 .特點：光柵可以形成云紋，利用云紋進行測量具有光學(xué)放大作用和誤差平均效應(yīng)，可以提高測量精度。 3 .拉星空衛(wèi)視的分類、拉星空衛(wèi)視可以根據(jù)其原理和用途，分為物理拉星空衛(wèi)視和校正量拉星空衛(wèi)視。 物理光柵利用光的衍射現(xiàn)象來制造，主要用于分光分析和光

2、波波長測定。 校正量光柵主要利用光的透射和反射現(xiàn)象，即主要通過莫爾效應(yīng)測量諸如長度、角度、速度、加速度和振動等物理量，具有高極限分辨率，可以達到0.1um，并且校正量光柵的脈沖讀數(shù)可以達到每秒數(shù)百次，非常適合動態(tài)測量3 .光柵的分類、修正量光柵在實用上有透射光柵和反射光柵兩種。 透射光柵的男同性戀線刻在工業(yè)用白玻璃等透明材料上，反射光柵的男同性戀線刻在不銹鋼等具有強反射力的金屬的復(fù)蓋金屬膜上。 校正測光柵可根據(jù)男同性戀線的形式分為黑白光柵(輻射光柵)和閃耀光柵(相位光柵)。 修正量光柵可以根據(jù)其形狀和用途分為長光柵和圓光柵。 長格子主要用來測量長度，圓格子則用來測量角度。 長尺度、3 .光柵分

3、類、圓光柵和刻劃玻璃盤的光柵也稱為圓光柵，用于測量角度和角位移。 根據(jù)網(wǎng)格線的劃線的方向，圓格子分為兩種，一種是徑向線格子，該網(wǎng)格線的延長線都是通過光柵盤的圓心的另一種是切線格子，該所有的格子線與和格子盤同心的直徑只有零點或數(shù)毫米的小圓相接。 根據(jù)光線的方向，圓光柵只有透射光柵。 4 .拉星空衛(wèi)視測量系統(tǒng)(拉星空衛(wèi)視頭)，來自光源的光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡變?yōu)槠叫泄馐?，與拉星空衛(wèi)視垂直心理投射，通過主星空衛(wèi)視和指示拉星空衛(wèi)視形成波紋后，通過受光元件和驅(qū)動線進行受光處理。 的雙曲馀弦值。 來自光源的光通過準(zhǔn)直透鏡變成平行光，以一定角度朝向光柵，通過主光柵和指示光柵衍射后，出射不同級別的衍射光，通過透鏡聚

4、光，從受光元件接收莫爾條紋信號。 光源經(jīng)由聚光透鏡變?yōu)槠叫泄馐?，以一定角度朝向指示光柵，由放射式主光柵反射形成波紋，經(jīng)由透鏡由受光元件接收。 2 .光柵傳感器的工作原理，1 .莫爾條紋的形成及其特征當(dāng)光柵和尺度光柵的骨架相交一個微小的夾角時，光源照射標(biāo)尺，由于遮光效果，兩個光柵評分的升交點形成暗帶，樹袋熊骨架相互錯開在與光柵線大致垂直的方向上，產(chǎn)生明亮、黑暗的條紋，將這些個的條紋稱為“莫爾條紋”。 云紋的特征，1 )放大作用，放大率為1/，越小b越大。 例子=0.1時=0.1=0. 12/360=0. 00175432 radw=0. 02 mmbh=11.4592 mm。 當(dāng)標(biāo)尺光柵相對于指

5、示光柵旋轉(zhuǎn)時，條紋沿徑向移動，通過測量條紋的移動數(shù)量，可以得到標(biāo)尺光柵相對于指示光柵的旋轉(zhuǎn)角度。 徑向線格子進行角度測量，當(dāng)兩格子在與網(wǎng)格線垂直的方向上相對移動時，波紋在網(wǎng)格線方向(沿著網(wǎng)格線的夾角的平分線方向)上移動。 兩個光柵相對地只移動間距w，波紋只移動條紋間距b。 當(dāng)拉星空衛(wèi)視反向移動時，波紋也反向移動。 通過使用該嚴格的一對一對應(yīng)關(guān)系，能夠根據(jù)光電元件所接收到的條紋數(shù)計算小于格子間距的微小位移量。(2)對應(yīng)關(guān)系，(2)對應(yīng)關(guān)系，(3)誤差的平均效應(yīng)光電元件對光柵的間距誤差有抵消作用。 云紋由柵格的多條劃線形成，對劃線的劃線誤差具有平均抵消作用，幾條劃線的間距誤差和斷裂對云紋的位置和形

6、狀的影響極小。 可以大幅度消除短周期誤差的影響。 例如W=0.02mm，接收元件尺寸在1010 mm 2，10 mm的范圍內(nèi)有500條樹袋熊參與工作，某些樹袋熊參與誤差幾乎不影響波紋的位置和形狀。 2 .方向判別原理和方向判別電路；1 )即使可動光柵(主光柵)前后移動，安裝在固定點上的光電元件也只是波紋的明暗交替變化，后面的數(shù)字電路產(chǎn)生相同的計數(shù)脈沖，無法判別光柵移動的方向，無法正確測量往復(fù)移動時的位移的大小。 因此，必須在測量電路中加入識別電路。 2 )如果識別原理和識別電路、識別電路能夠累計物體向正方向移動時得到的脈沖數(shù)，并從物體向反方向移動時累計的脈沖數(shù)中減去向反方向移動的脈沖數(shù)，則能夠

7、得到正確的測量結(jié)果。 設(shè)計數(shù)器記住的脈沖數(shù)為n，位移x=N W，拉星空衛(wèi)視測量位移為增量測量。 順向移動時累計脈沖數(shù)，逆向移動時從累計的脈沖數(shù)中減去逆向移動的脈沖數(shù)，可識別拉星空衛(wèi)視傳感器。 3、細分技術(shù)、目的：提高極限分辨率(測量小于間距的位移量)。 細分思想：在一個音調(diào)即一個波紋信號的變化周期內(nèi)，產(chǎn)生n個脈沖，各脈沖表示原始音調(diào)的1/n。 由于計數(shù)脈沖的頻率被細分為n倍，因此也被稱為n倍頻。 細分類型：電子細分分為4倍頻直接細分和卷橋細分。1.4倍頻細分后的一個波紋寬度在B/4不同的位置上放置4個光電元件，得到4個相位差/2電壓信號，對這些個的2個信號進行整形、反轉(zhuǎn)，得到4個依次相位差/2

8、的脈沖電壓信號。 在光柵進行相對運動時經(jīng)過微分電路，在正向運動時得到4個微分脈沖(向上計數(shù)脈沖)，在反向運動時得到4個微分脈沖(倒計數(shù)脈沖)。 比較未細分化(a )和細分化(b )的波形，2 .電位計電橋(電阻鏈)細分化的實現(xiàn)方法和原理四細分化的四個相位差為90度的交流信號Umsin、Umcos和-Umsin、-Umcos。 將這些個的4個交流信號連接到原函數(shù)(2個原函數(shù)之間分別連接多個電位計，構(gòu)成電位計橋，將=0-360度，(x=0-W )分割為4個象限。 在每個象限中，通過電壓的合成和電位計的移相作用，電阻鏈上的各電位計的中間抽頭得到振幅各不相同的一系列移相信號(新函數(shù))。 然后選擇不同的

9、R1和R2值，輸出點z的電壓可以控制U01和U02之間的細分點。 該橋可將脈沖信號乘以10倍，提高測量精度。 4 .光柵數(shù)字面板儀表裝置在工作母機操作過程中，使用數(shù)字面板儀表方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例刻度讀數(shù)，提高加工精度。 5 .拉星空衛(wèi)視傳感器的應(yīng)用，4.2編碼器，將機器旋轉(zhuǎn)的計程儀量(位移)轉(zhuǎn)換為以數(shù)字編碼形式表示的電信號的傳感器稱為編碼器。 編碼器以其高精度、高極限分辨率、高可靠性廣泛用于各種位移的測量。 編碼器的種類很多，主要分為脈沖盤式(增量編碼器)和查詢密碼盤式編碼器(絕對式編碼器)，脈沖盤式編碼器的輸出是一系列的脈沖，需要對脈沖進行加減(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時)計數(shù)的糾錯數(shù)系統(tǒng)，一般需要零基準(zhǔn)。

10、 絕對編碼器不需要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和計數(shù)系統(tǒng)，能夠在任意的位置提供與位置對應(yīng)的固定數(shù)字編碼輸出，并能夠容易地與微機等數(shù)字系統(tǒng)連接。 編碼器的結(jié)構(gòu)形式有接觸式、光電式、電磁式等，后者是非接觸式編碼器。 非接觸式編碼器具有非接觸、小型、壽命長、極限分辨率高的特點。與3種編碼器相比，光電編碼器的性價比最高，作為精密位移傳感器，廣泛應(yīng)用于自動測量和自動控制技術(shù)。 目前，我國已有23個光電編碼器，為科研、軍事、宇宙航行和工業(yè)生產(chǎn)提供了精確檢測位移量的手段。 1 .脈沖光盤編碼器(增量編碼器)、1 .工作原理、2 .增量式光盤、光盤的等角距離有2個狹縫，內(nèi)外圈的狹縫錯開半個狹縫。 另外，在某個徑向位置，狹縫從內(nèi)外

11、圈向外打開表示零。 通過對光電脈沖進行計數(shù)、顯示、處理，可測量查詢密碼盤的旋轉(zhuǎn)角度。 4 .旋轉(zhuǎn)方向的判別、d觸發(fā)器的CP上升沿數(shù)。 因此，正轉(zhuǎn)時觸發(fā)器總是定徑套為1，反轉(zhuǎn)時觸發(fā)器總是定徑套為0。 d觸發(fā)器輸出信號能夠通過控制正計數(shù)或反計數(shù)來使光電脈沖成為查詢密碼輸出。 零脈沖網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫到計數(shù)器的重新定徑套端子，實現(xiàn)每轉(zhuǎn)1圈重新定徑套的功能。 光查詢密碼光盤主要由安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的查詢密碼光盤(查詢密碼光盤)、狹縫以及安裝在光盤兩側(cè)的光源和受光元件等構(gòu)成。 查詢密碼盤由光學(xué)玻璃制成，其上刻有多個同心查詢密碼通道，各查詢密碼通道中有以一定規(guī)則排列的光透過部和光不透過部，即亮區(qū)域和暗區(qū)域。 當(dāng)光源將

12、光心理投射到查詢密碼盤時，查詢密碼盤進行旋轉(zhuǎn)，通過了明亮區(qū)域的光通過狹縫之后，由受光元件進行接收。 光接收元件的排列與查詢密碼信道一一對應(yīng)，與明亮區(qū)域和暗區(qū)域的光接收元件輸出的信號對應(yīng)，前者為“1”，后者為“0”。 當(dāng)查詢密碼旋轉(zhuǎn)到不同位置時，受光元件的輸出信號的組合反映以一定的規(guī)則編碼的數(shù)字量，表示查詢密碼盤軸的角位移的大小。 2 .光查詢密碼盤(絕對編碼器)、光查詢密碼盤示意圖、1光源2柱面反射鏡3查詢密碼盤4狹縫5元件、2 .絕對式光查詢密碼盤、二進制位二進制代碼盤、編碼器查詢密碼盤根據(jù)其使用的查詢密碼，進行二進制編碼、10進制編碼、循環(huán)編碼在下圖所示的6位二進制光盤中，最內(nèi)圈的查詢密碼盤一半透過光，一半不透過光，最外圈總共分成26=64個黑白間隔。 每個角度方向?qū)?yīng)于不同的編碼。 例如，零二進制位對應(yīng)于000000 (全黑)，第23個方位對應(yīng)于010111。 因此，在測量時，可以根據(jù)查詢密碼盤的開始位置和結(jié)束位置確定角位移。 一個n二進制位二進制盤的最小分辨率即可識別的