第四章 数控检测装置优秀课件.ppt

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1、第四章 数控检测装置2022/11/28第1页，本讲稿共59页4.1 概 述 组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。2022/11/28第2页，本讲稿共59页 传感器的性能指标应包括静态特性和动态特性，主要如下。1.精度 符合输出量与输入量之间特定函数关

2、系的准确程度 称作精度。高精度和高速实时测量。2.分辨率 分辩率应适应机床精度和伺服系统的要求。3.灵敏度 灵敏度高、一致。4.迟滞 对某一输入量，传感器的正行程的输出量与反行程的 输出量的不一致，称为迟滞。迟滞小。5.测量范围和量程 6.零漂与温漂 其它：可靠，抗干扰性强、使用维护方便、成本低等。4.1.1 4.1.1 对位置检测装置的要求对位置检测装置的要求 2022/11/28第3页，本讲稿共59页4.1.2 检测装置的分类 数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。安装的位置及耦合方式安装的位置及耦合方式直接测量和间接测量；直接

3、测量和间接测量；测量方法测量方法 增量型和绝对型增量型和绝对型;检测信号的类型检测信号的类型 模拟式和数字式；模拟式和数字式；运动型式运动型式 回转型和直线型；回转型和直线型；信号转换的原理信号转换的原理 光电效应、光栅效应、电磁感应原理、光电效应、光栅效应、电磁感应原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应等。压电效应、压阻效应和磁阻效应等。2022/11/28第4页，本讲稿共59页表表4 41 1 数控机床检测装置分类数控机床检测装置分类 分 类 增 量 式 绝 对 式 位移传感器 回转型脉冲编码器、自整角机、旋转变压器、圆感应同步器、光栅角度传感器、圆光栅、圆磁栅 多极旋转变压器、绝对脉冲编码器

4、 绝对值式光栅、三速圆感应同步器、磁阻式多极旋转变压器 直线型直线应同步器、光栅尺、磁栅尺、激光干涉仪 霍耳位置传感器 三速感应同步器、绝对值磁尺、光电编码尺、磁性编码器 速度传感器 交、直流测速发电机、数字脉编码式速度传感器、霍耳速度传感器 速度-角度传感器（Tachsyn）、数字电磁、磁敏式速度传感器 电流传感器 霍耳电流传感器 2022/11/28第5页，本讲稿共59页4.2 旋转变压器 54318762图图41 41 旋转变压器结构示意旋转变压器结构示意1-1-转轴转轴 2-2-轴承轴承 3-3-机壳机壳 4-4-转子转子 5-5-定子定子 6-6-端盖端盖 7-7-电刷电刷 8-8-

5、集电环集电环 定子、转子的冲片都是高磁导率的电工钢片，上面有均匀分布槽，槽中都置有正交、互相垂直的定子、转子的冲片都是高磁导率的电工钢片，上面有均匀分布槽，槽中都置有正交、互相垂直的两项绕组；转子电信号的输入输出通过集电环和电刷实现，无刷的有两种常用结构：一是靠磁路结构两项绕组；转子电信号的输入输出通过集电环和电刷实现，无刷的有两种常用结构：一是靠磁路结构的变化使得励磁磁通沿着转子磁转固定路径方向通过的；另一种是依靠变压器方式耦合，实现无接触、的变化使得励磁磁通沿着转子磁转固定路径方向通过的；另一种是依靠变压器方式耦合，实现无接触、无刷的。无刷的。旋转变压器（Resolver）简称旋变，又称作

6、解算器或分解器。2022/11/28第6页，本讲稿共59页n分类：有电刷集电环结构和无刷结构；每一类又分为单对极元件（即转子转一周，电信号仅变化一个周期的元件）、多对极元件（或称多极元件）两种。n工作原理：电磁感应。4.2.1 4.2.1 旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器的结构和工作原理 定子定子转子转子S S1R1S S2S S3S S4R2R3R42022/11/28第7页，本讲稿共59页4.2.1 4.2.1 旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器的结构和工作原理 2022/11/28第8页，本讲稿共59页 E2=KV 1 cos=KV m sintcos =90 E 2=0 =0 E

7、 2=KV m SINt式中:E 2转子绕组感应电势；V1定子绕组励磁电压 V1=Vmsint；Vm电压信号幅值；定、转子绕组轴线间夹角；K变压比（即绕组匝数比）4.2.1 4.2.1 旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器的结构和工作原理 V1=Vmsint V1 V1 E E 2 2=0 0（=90 90）E E 2 2=KV=KVm msinsinttcoscos E E 2 2=KVKVm msinsintt（=00）输出电压：在定子和转子两个绕组轴线相互平行时为最大感应电动势E2。2022/11/28第9页，本讲稿共59页1.鉴相方式 Vs=VmsintVc=Vmcost E2=KV

8、s cos-KV csin =KV m(sintcos-costsin)=KV m sin(t-)4.2 2 4.2 2 旋转变压器的工作方式旋转变压器的工作方式 VSVSVsVcE2 图图4.24.2 定子两相绕组励磁定子两相绕组励磁 转转子子输输出出信信号号的的相相位位角角(t-)与与转转子子的的偏偏转转角之间有着严格的对应关系。角之间有着严格的对应关系。2022/11/28第10页，本讲稿共59页2.鉴幅方式 Vs=Vmsin电sintVc=Vmcos电sint E2=KV s cos机-KV csin机 =KV m sint(sin电cos机-cos电sin机)=KV m sin(电-

9、机)sint 4.2 2 4.2 2 旋转变压器的工作方式旋转变压器的工作方式 VSVSVsVcE2 图图4.34.3 定子两相绕组励磁定子两相绕组励磁 感感应应电电势势（E2）是是以以为为角角频频率率、以以V Vm m sin(sin(电电 -机机 )为为幅幅值值的的交交变变电电压压信信号号。若若电电气气角角电电已已知知，只只要要测测出出E2 幅幅值值(利利用用E E2 2=0)0)，便便可可间间接接的的求求出出机机械械角角机机 ，从从而而得得出被测角位移。出被测角位移。2022/11/28第11页，本讲稿共59页按运动方式分为：1.感应同步器分类感应同步器分类4.3 感应同步器2022/1

10、1/28第12页，本讲稿共59页4.3 感应同步器n2.感应同步器结构（直线式）感应同步器结构（直线式）sinsin coscos 节距节距节距节距22（2mm2mm）节距节距节距节距（0.5mm0.5mm）绝缘粘胶绝缘粘胶绝缘粘胶绝缘粘胶 铜箔铜箔铜箔铜箔 铝箔铝箔铝箔铝箔 耐切削液涂层耐切削液涂层耐切削液涂层耐切削液涂层 基板基板基板基板(钢、铜钢、铜钢、铜钢、铜)滑尺滑尺滑尺滑尺定尺定尺定尺定尺2022/11/28第13页，本讲稿共59页n包包括括定定尺尺和和滑滑尺尺，用用制制造造印印刷刷线线路路板板的的腐腐蚀蚀方方法法在在定定尺尺和和滑尺上制成节距滑尺上制成节距T(一般为一般为2mm)

11、的方齿形线圈。的方齿形线圈。n定定尺尺绕绕组组是是连连续续的的，滑滑尺尺上上分分布布两两个个励励磁磁绕绕组组，分分别别称称为为正正弦弦绕绕组组和和余余弦弦绕绕组组。当当正正弦弦绕绕组组与与定定尺尺绕绕组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。节距。n滑尺和定尺相对平行安装，其间保持一定间隙滑尺和定尺相对平行安装，其间保持一定间隙（0.050.2mm）。）。2022/11/28第14页，本讲稿共59页n3.感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理n感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变

12、化，借以进行位移量的检测。n直线式：直线式：感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组，定尺上的绕组是感应绕组。2022/11/28第15页，本讲稿共59页n3.感应同步器的工作原理（直线式）感应同步器的工作原理（直线式）n 在滑尺的绕组中，施加频率为在滑尺的绕组中，施加频率为f（一般为（一般为210kHz）的交变电流时，定尺绕组感应出频率为的交变电流时，定尺绕组感应出频率为f的感应电动势。的感应电动势。感应电动势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。感应电动势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。n 设正弦绕组供电电压为设正弦绕组供电电压为Us，余弦绕组供电电压为，余弦绕组供电电压为Uc，移动距离为，移动距离

13、为x，节距为，节距为T，则正弦绕组单独供电时，则正弦绕组单独供电时，在定尺上感应电势为在定尺上感应电势为2022/11/28第16页，本讲稿共59页n余弦绕组单独供电所产生的感应电势为余弦绕组单独供电所产生的感应电势为 由于感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行线性叠由于感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行线性叠由于感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行线性叠由于感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行线性叠加，所以定尺上总的感应电势为加，所以定尺上总的感应电势为加，所以定尺上总的感应电势为加，所以定尺上总的感应电势为2022/11/28第17页，本讲稿共59页式中式中：K定尺与滑尺之间的耦合

14、系数；定尺与滑尺之间的耦合系数；定尺与滑尺相对位移的角度表示量（电角度）定尺与滑尺相对位移的角度表示量（电角度）T节距，表示直线感应同步器的周期，标准式直线节距，表示直线感应同步器的周期，标准式直线感应同步器的节距为感应同步器的节距为2mm。利用感应电压的变化可以求得位移利用感应电压的变化可以求得位移X，从而进行位置，从而进行位置检测。检测。2022/11/28第18页，本讲稿共59页 sinsin coscos 节距节距节距节距22（2mm2mm）节距节距节距节距（0.5mm0.5mm）绝缘粘胶绝缘粘胶绝缘粘胶绝缘粘胶 铜箔铜箔铜箔铜箔 铝箔铝箔铝箔铝箔 耐切削液涂层耐切削液涂层耐切削液涂层

15、耐切削液涂层 基板基板基板基板(钢、铜钢、铜钢、铜钢、铜)滑尺滑尺滑尺滑尺定尺定尺定尺定尺解释如图：解释如图：解释如图：解释如图：q 感应同步器的工作原理UsUcUo2022/11/28第19页，本讲稿共59页q 感应同步器的信号处理原理滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为：Uos=KUScos1滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为：Uoc=KUccos（1+/2）=K Ucsin12022/11/28第20页，本讲稿共59页滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、Uc时，感应同步器的磁路可是为线性的，根据叠加原理，则与之相耦合的定尺

16、绕组上的总感应电压为：Uo=Uos+Uos=KUScos1K Ucsin1 K 电磁感应系数 1 定尺绕组上的感应电压的相位角q 感应同步器的信号处理原理2022/11/28第21页，本讲稿共59页 滑尺与定尺 相对位移量 x 的求取：F 2:2=x:1F x=1 结论：结论：相对位移量 x 与 相位角1 呈线性关系，只要能测出相位角1，就可求得位移量 x。q 感应同步器的信号处理原理2022/11/28第22页，本讲稿共59页n4.感应同步器的测量方法感应同步器的测量方法n根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、Uc供电方式供电方式的不同，以及对输出电压检测方式的不

17、同的不同，以及对输出电压检测方式的不同n感应同步器的测量方式有感应同步器的测量方式有鉴相式鉴相式和和鉴幅式鉴幅式两种工作法。两种工作法。2022/11/28第23页，本讲稿共59页a.鉴相型系统的工作原理 在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相位差为/2的交变电压：US=Um sint UC=Um cost 则：Uo=Uos+Uos=KUScos1K Ucsin1 =K Um sint cos1K Um cost sin1 =K Um sin（t 1）结论：结论：只要能测出Uo与US相位差1，就可求得滑尺与定尺相对位移量 x。2022/11/28第24页，本讲稿共59页b.鉴幅型系统的工

18、作原理 在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的交变电压：US=Um sin2sint UC=Um cos2sint 2=x 2（x 2是指令位移值）Uo=Uos+Uos=KUScos1K Ucsin1 =K Um sin2 cos1sint K Um cos2sintsin1 =K Um sin（21）sint 结论：结论：只要能测出Uo与UC相位差1，就可求得滑尺与定尺 相 对位移量 x。2022/11/28第25页，本讲稿共59页5.几点说明几点说明感应同步器的测量周期为其绕组的节距2（2mm）感应同步器的测量精度取决于测量电路对输出感应电压的细分精度。现在商品化的感应同步器

19、的输出大多是脉冲量，使其能方便 地采用现代的数字处理技术2022/11/28第26页，本讲稿共59页6.6.感应同步器的特点及使用注意事项感应同步器的特点及使用注意事项q 特点精度高：平均自补偿特性；对环境适应能力强：抗湿、温度、热变形影响的能力强；维护简单、寿命长：非接触测量，无磨损，精度保持性好2022/11/28第27页，本讲稿共59页测量距离长：通过接长可满足大行程测量的要求。串联方式 n 10串并联方式 n 102022/11/28第28页，本讲稿共59页q 使用注意事项 在安装方面：保证安装精度（安装面的精度、定尺与滑尺的相对位置精度、接缝的调整精度）加装防护装置（避免切屑、油污、

20、灰尘的影响）在电气方面：要保证激磁电压波形的对称性和保真性。对鉴相系统：激磁电压的幅值、频率相等；相位差900 对鉴幅系统：对Um sin2、Um cos2调制的精确性 当失真度大于2%时，将严重影响测量精度。2022/11/28第29页，本讲稿共59页4.4 光栅 光栅的分类：物理光栅和计量光栅光栅的分类：物理光栅和计量光栅计量光栅按运动方式分为：长（直线）光栅和圆光栅计量光栅按运动方式分为：长（直线）光栅和圆光栅计量光栅按计量光栅按光线的走向光线的走向分为分为：透射光栅和反射光栅：透射光栅和反射光栅2022/11/28第30页，本讲稿共59页1.长光栅检测装置的结构 4.4.1 4.4.1

21、 长光栅检测装置的结构长光栅检测装置的结构 图图4.9 4.9 光栅的结构光栅的结构 1-1-防护垫防护垫 2-2-光栅读数头光栅读数头 3-3-标尺光栅标尺光栅 4-4-防护罩防护罩 VS312431245标尺光栅标尺光栅 图图4.10 4.10 光栅读数头光栅读数头 1-1-光源光源 2-2-准直镜准直镜 3-指示光栅指示光栅 4-4-光敏元件光敏元件 5-驱动线路驱动线路 主要结构为标尺光栅和指示光栅栅距和栅距角（两个光栅错开的角度）2022/11/28第31页，本讲稿共59页2.工作原理（以透射投影为例）摩尔条文宽度B的理论公式 莫尔条纹：4.4.1 4.4.1 长光栅检测装置的结构长

22、光栅检测装置的结构 d d 放大放大2 2倍倍 VS d d W WW W 严格来说：横向莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直2022/11/28第32页，本讲稿共59页 莫尔条纹的特征：（1）莫尔条纹的变化规律：两片两光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹间距。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正（余）弦函数，变化周期数与两光栅相对移过的栅距数同步。（2）放大作用 莫尔条纹宽度 W 和光栅栅距 d、栅线夹角之间关系：由图可知 W=d sin 又很小可认为 sin 故 W=d/例如 d=0.01,=0.01rad,得W=1mm,放大100倍（3）均化栅距误差作用

23、 栅距之间的相邻刻度不均匀误差由于有成百上千条光栅条纹的组成而被平均化。4.4.1 4.4.1 长光栅检测装置的结构长光栅检测装置的结构 2022/11/28第33页，本讲稿共59页 莫尔条纹的细分技术：光学细分、机械细分和电子细分 4.4.2 4.4.2 光栅位移光栅位移-数字变换电路数字变换电路 abcd插动放大插动放大整形整形方向辨别门电路可逆计数正脉冲反脉冲abcd插动放大插动放大(sin)(cos)整形整形反向反向微分微分微分微分ABCDACBDY1Y2Y3Y4Y8Y5Y6Y7H1H2正向脉冲反向脉冲sincosABCDABCD相加ABCD相加正走反走2022/11/28第34页，本

24、讲稿共59页4.5 4.5 磁栅磁栅 1.磁栅式位移传感器的结构2.原理3.测量方式2022/11/28第35页，本讲稿共59页4.5 磁栅磁栅n磁栅是用电磁方法计算磁波数目的一种位置检测磁栅是用电磁方法计算磁波数目的一种位置检测元件。元件。n用它作直线和角度位移量测量，具有精度高、复制简用它作直线和角度位移量测量，具有精度高、复制简单以及安装调整方便等一系列优点，在油污、粉尘较单以及安装调整方便等一系列优点，在油污、粉尘较多的工作条件下使用有较好的稳定性。因此可在数控多的工作条件下使用有较好的稳定性。因此可在数控机床、精密机床和各种测量机上应用。机床、精密机床和各种测量机上应用。n磁栅检测装

25、置由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路磁栅检测装置由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路组成。组成。2022/11/28第36页，本讲稿共59页1.磁栅式位移传感器的结构 1 1磁性膜磁性膜 2 2基体基体 3 3磁尺磁尺 4 4磁头磁头 5 5铁芯铁芯 6 6励磁绕励磁绕组组 7 7拾磁绕组拾磁绕组2022/11/28第37页，本讲稿共59页检测直线位移：用于精度要求较高场合，因其制造长度有限，目前应用较少。磁尺的分类（按形状）：磁尺的分类（按形状）：检测直线位移：用于量程较大，安装面不易安排的场合。检测角位移：用于精度要求较高场合，因其制造长度有限，目前应用较少。检测直线位移：抗干扰能力强，用于小型或结

26、构紧凑的测量装置中。2022/11/28第38页，本讲稿共59页2.原理：n磁栅测量装置是将具有一定节距的磁化磁栅测量装置是将具有一定节距的磁化信号用记录磁头记录在磁性标尺的磁膜信号用记录磁头记录在磁性标尺的磁膜上，用来作为测量基准。上，用来作为测量基准。n在测量时，拾磁磁头将磁性标尺上的磁在测量时，拾磁磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号，然后再送到检测化信号转化为电信号，然后再送到检测电路中去，把磁头相对于磁性标尺的位电路中去，把磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输入给数控机床。制信号输入给数控机床。2022/11/28第39

27、页，本讲稿共59页n 在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组，一个为励磁绕组，另一个为拾磁绕组，将高频励磁电流通入励磁绕组时，当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈中感应电压为：UU0 0输出电压系数；输出电压系数；输出电压系数；输出电压系数；磁尺上磁化信号的节距；磁尺上磁化信号的节距；磁尺上磁化信号的节距；磁尺上磁化信号的节距；磁头相对磁尺的位移；磁头相对磁尺的位移；磁头相对磁尺的位移；磁头相对磁尺的位移；励磁电压的角频率。励磁电压的角频率。励磁电压的角频率。励磁电压的角频率。式中：式中：式中：式中：在实际应用中，需要采用双磁头结构来辨别移动的方向在实际应用中，需要采用双磁头结构来辨别移动的方向在实际应用

28、中，需要采用双磁头结构来辨别移动的方向在实际应用中，需要采用双磁头结构来辨别移动的方向2022/11/28第40页，本讲稿共59页3.测量方式(1)鉴幅测量方式 如前所述，磁头有两组信号输出，将高频载波滤掉后则得到相位差为/2的两组信号 两组磁头相对于磁尺每移动一个节距发出一个正（余）弦信号，经信号处理后可进行位置检测。这种方法的检测线路比较简单，但分辨率受到录磁节距的限制，若要提高分辨率就必须采用较复杂的信频电路，所以不常采用。2022/11/28第41页，本讲稿共59页（2）.鉴相测量方式将一组磁头的励磁信号移相90，则得到输出电压为则合成输出电压则合成输出电压则合成输出电压则合成输出电压

29、UU的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的相的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的相的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的相的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的相对位置对位置对位置对位置 变化而变。读出输出信号的相位，就可确定磁头的位变化而变。读出输出信号的相位，就可确定磁头的位变化而变。读出输出信号的相位，就可确定磁头的位变化而变。读出输出信号的相位，就可确定磁头的位置。置。置。置。在求和电路中相加，则得到磁头总输出电压为2022/11/28第42页，本讲稿共59页4.6 光电脉冲编码器 4.6.1 4.6.1 脉冲编码器的分类与结构脉冲编码器的分类与结构 脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角变成电脉冲

30、，可作为位置检测和速度检测装置。脉冲编码器分为：光电式、接触式和电磁感应式。脉冲编码器是一种增量检测装置，它的型号是由每转发出的脉冲数来区分。2000P/r、2500 P/r和3000 P/r等；1234567图4.14 光电脉冲编码器的结构1-光源 2-圆光栅 3-指示光栅 4-光电池组 5-机械部件 6-护罩 7-印刷电路板 2022/11/28第43页，本讲稿共59页 4.6.1 4.6.1 脉冲编码器的分类与结构脉冲编码器的分类与结构 脉冲编码器又称码盘，是一脉冲编码器又称码盘，是一种回转式数字测量元件，通常装种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转在被检测轴上，随被测

31、轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形增量脉冲形式或绝对式的代码形式。式。光电码盘在数控机床上应用光电码盘在数控机床上应用较多，而由霍尔效应构成的电磁较多，而由霍尔效应构成的电磁码盘则可用作速度检测元件。码盘则可用作速度检测元件。另外，它还可分为绝对式和另外，它还可分为绝对式和增量式两种。增量式两种。1234567图4.14 光电脉冲编码器的结构1-光源 2-圆光栅 3-指示光栅 4-光电池组 5-机械部件 6-护罩 7-印刷电路板 2022/11/28第44页，本讲稿共59页 4.6.2 4.6.2 光电脉冲编码器的工作原理光电脉冲编码器

32、的工作原理 t 节距节距PAB90 90 图4.15光电脉冲编码器的输出波形 2022/11/28第45页，本讲稿共59页增量脉冲编码器 结构及工作原理 信号处理装置信号处理装置abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距m+/4 4.6.2 光电脉冲编码器的工作原理 2022/11/28第46页，本讲稿共59页 光电码盘随被测轴一起转动，在光源的照射下，透过光电码盘和光欄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，通过信号处理装置的整形、放大等处理后输出。输出的波形有六路：其中，是 的取反信号。AB90Z码盘转一圈 4.6.2 光电脉冲编码器的工作原理 2022/11/28第

33、47页，本讲稿共59页q 输出信号的作用及其处理输出信号的作用及其处理 A、B两相的作用根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向。后续电路可利用A、B两相的90相位差进行细分处理（四倍频电路实现）。ABCP90O 4.6.2 光电脉冲编码器的工作原理 2022/11/28第48页，本讲稿共59页 Z相的作用 被测轴的周向定位基准信号被测轴的旋转圈数记数信号 的作用后续电路可利用A、两相实现差分输入，以消除远距离传输的共模干扰。Z码盘转一圈 4.6.2 光电脉冲编码器的工作原理 2022/11/28第49页，本讲稿共

34、59页qq 增量式码盘的规格及分辨率增量式码盘的规格及分辨率 规格增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数；现在市场上提供的规格从 36线线/转转 到 10万线万线/转转 都有；选择：伺服系统要求的分辨率；考虑机械传动系统的参数。分辨率（分辨角）设增量式码盘的规格为 n 线/转：4.6.2 光电脉冲编码器的工作原理 2022/11/28第50页，本讲稿共59页 4.6.3 4.6.3 光光电电脉冲脉冲编码编码器的器的应应用用 A相信号a+B相信号整形整形dbcef-可逆计数&单稳反向abcdefabcdef应用一：适应带加减计数要求的可逆计数器，形成加计数脉冲和减计数脉冲 2022/11/

35、28第51页，本讲稿共59页 4.6.3 4.6.3 光光电电脉冲脉冲编码编码器的器的应应用用 应用二：适应有计数控制端和方向控制端的计数器，形成正走、反走计数脉冲和方向控制电平。A1CQA相脉冲B相脉冲整形整形单稳单稳B1D S R12Q3脉冲方向计数有方向端的可逆计数器ABA1B1CD13高电平“1”低电平“0”高电平“1”高电平“1”ABA1B1CD132022/11/28第52页，本讲稿共59页4.7 绝对值编码器绝对值编码器n是一种直接编码、绝对测量的检测装置n通过读取绝对编码盘、编码尺（码盘）的代码（或图案）信号指示绝对位置n电源切除后，位置信息不丢失，也没有积累差。2022/11

36、/28第53页，本讲稿共59页4.7 绝对值编码器绝对值编码器q 结构和工作原理 码盘基片上有多圈码道，且每码道的刻线数相等；对应每圈都有光电传感器；输出信号的路数与码盘圈数成正比；检测信号按某种规律编码输出，故可测得被测轴的周向绝对位置。232221202022/11/28第54页，本讲稿共59页q 绝对编码盘的编码方式及特点 二进制编码：特点：编码循序与位置循序相一致，但可能产生非单值性误差。误差分析：11111000232221202022/11/28第55页，本讲稿共59页 格雷码（循环码、葛莱码）特点：任何两个编码之间只有一位是变化的，因而可把误差控制在最小单位上。但编码与位置循序无

37、直接规律。232221202022/11/28第56页，本讲稿共59页格雷码的编码方法 它是从二进制码转换而来的，转换规则为：将二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不 进位加法，得出的结果即为格雷码(循环码)。例题：将二进制码0101转换成对应的格雷码：2022/11/28第57页，本讲稿共59页q 绝对式码盘的规格及分辨率规格绝对式码盘的规格与码盘码道数 n 有关；现在市场上提供从 4道道 到 18道道 都有；选择：伺服系统要求的分辨率；考虑机械传动系统的参数。分辨率（分辨角）设绝对式码盘的规格 n 道：2022/11/28第58页，本讲稿共59页光电式码盘的特点非接触测量，无接触磨损，码盘寿命长，精度保证性好；允许测量转速高，精度较高；光电转换，抗干扰能力强；体积小，便于安装，适合于机床运行环境；结构复杂，价格高，光源寿命短；码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差。2022/11/28第59页，本讲稿共59页