机电一体化系统设计检测系统.pptx

《机电一体化系统设计检测系统.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化系统设计检测系统.pptx（109页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 明朝晚期著名思想家、哲学家吕坤明朝晚期著名思想家、哲学家吕坤呻呻吟语吟语中警句：中警句：“鉴不能自照，尺不能自度，权不能自称，囿于物也”圣人则自照自度自称,成其为鉴为尺为权,而后能妍媸、长短、轻重于下。第1页/共109页什么是检测系统传感器传感器变换变换放大放大存储存储被测物理量被测物理量（非电量）（非电量）电信号电信号控制装置控制装置显示显示第2页/共109页什么是位置检测系统组成：组成：位移和速度信号位移和速度信号位置控制单元所位置控制单元所要求的信号形式要求的信号形式位置控制单元位置控制单元变换变换反馈反馈检测元件（检测元件（传感器传感器）、信号处理装置）、信号处理装置作用：第3页/共

2、109页由于机电一体化系统中有各种不同的物理量需要控制和监测，而计算机系统又只能识别电量，因此能把各种不同的非电量转换成电量的传感器便成为机电一体化系统中不可缺少的组成部分。第4页/共109页3.1.1 3.1.1 传感器概念和定义传感器概念和定义 人体对外界和周围环境的感觉或感知，是通过五官、皮肤等来完成的。感觉器官从外界获取信息，传输到大脑神经中枢进行信息处理和加工，然后根据信息处理的结果控制肌肉产生相应的动作。在机电一体化系统中，外界信息是通过传感器进行检查和测量，然后经过计算机处理，再控制执行装置完成动作任务。第5页/共109页 传感器是人类感觉器官的工程模拟，负责信息的收集和处理。什

3、么是传感器？国家标准传感器通用术语中，对于传感器的定义作了如下规定：“能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成”。第6页/共109页 检测则是检出和测量的总称。所谓检出就是要求指示某些量的存在，但无需给出量值的大小；而测量则要求给出待测量的具体值。检测可以看做是从外界获取信息，并从中提取有用信号的过程。第7页/共109页 传感器是实现检测和传感的物理器件。在机电一体化中，传感器的功能越强，系统地自动化程度越高。在机电一体化产品中，需要检测的物理量通常是力、位移、速度、加

4、速度等，这些物理量需要经过传感器的变换，并经过放大、调制与解调、滤波和运算等处理，将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或进行显示。能够实现上述功能的系统，称之为检测系统。第8页/共109页检测系统框图第9页/共109页检测系统一般由传感器和信号加工两部分构成。即：1）把各种非电量信号转换为电信号，这就是传感器的功能。传感器又称为“一次仪表”。2）对传感器送出的电信号进行加工，使之成为合乎需要的、便于输送或显示和记录的、可作进一步处理的信号。第10页/共109页如将阻抗变换为电压或电流；将信号放大、调制与解调、阻抗变换、线形变换、线性化，以及将信号转换成数字编号信号等。这叫电信号处理系统，通常又

5、称为“二次仪表”。随着计算机技术的发展，电信号处理系统已成为以计算机为中心的电信号处理系统。第11页/共109页 由于检测系统由传感器和各若干变换环节组成，为了保证检测过程中能够不失真地把所需信息从信号源经过其载体信号传输到输出端，而不受干扰。因此对传感器和监测系统的基本要求如下：第12页/共109页精度、灵敏度和分辨率高，能满足机电一体化系统对检测精度和速度的要求。能满足精度和速度的要求线性度、灵敏度稳定性和重复性好，工作可靠。静、动态特性好，测量范围大。高可靠性和高抗干扰性。其它特殊要求：体积小、重量轻、价格便宜、便于安装与维修、耐环境性好等。第13页/共109页3.1.2 3.1.2 传

6、感器分类传感器分类传感器常用的分类有3种。1、按被测物理量分类 可分为位移传感器、速度传感器、力（压力）传感器、温度传感器、湿度传感器等等，而上述传感器又可根据派生物理量加以细分，如位移传感器可包括线位移传感器、角位移传感器等。按被测物理量的分类方法明确表明了传感器的用途，使用者可以选用。第14页/共109页2、按传感器的工作原理分类 可以将传感器分为电阻式、电感式、磁电式、压电式、电容式、气电式、陀螺式、谐振式和光电式等。例如，工程上常用的电阻式应变片，其工作原理是应变可使应变片的电阻发生变化，利用这一原理可以制成测量力、力矩、应变、位移等传感器。第15页/共109页3、按传感器转换能量的方

7、式分类1）能量转换型 又称有源传感器（或发电型传感器），即在不加外电源情况下将非电功率转换为电功率输出。如电磁式、电动式、电压式等传感器。第16页/共109页2）能量控制型 又称无源传感器（或电参量型传感器），即不能将非电功率转换成电功率的传感器。这类传感器是以被测物理量对传感器中的电参数的控制和调节作用来实现测量的目的，所以，它必须有辅助的能源（电源）。如电阻式、电感式、电容式等传感器均属此类。习惯上长把工作原理和用途结合起来命名传感器，如电感式位移传感器、压电式加速度传感器等。第17页/共109页 按国家标准，传感器的命名应由主题词加四级修饰语构成：主题词 传感器。第一级修饰语 被测量，包

8、括修饰被测量的定语。第二级修饰语 转换原理，一般可后续以“式”字。第三级修饰语 特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后续以“型”字。第18页/共109页第四级修饰语 主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）。以下例如，10mm应变式位移传感器；070kPa电位器式差压传感器；100160dB电容式声压传感器；13500kPa放大型应变计式绝压传感器；20kg压电式加速度传感器等。第19页/共109页3.1.3 传感器的静态特性 传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输入输出关系称为传感器的静态特性。描述传感器静态特性的主要技术指标是：线

9、性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂。1、线性度 传感器的静态特性是静态标准条件下，利用一定等级的标准设备，对传感器进行往复循环测试，得到输入输出特性（列表或画曲线）。第20页/共109页 通常希望这个特性曲线为线性的，这对标定和数据处理带来方便。但实际的输出与输入特性只能接近线性，对比理论直线有偏差，如下图所示。实际曲线与其两个尖端连线（理论直线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。取其中最大值max与输出满度值之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。第21页/共109页第22页/共109页式中L线性度（非线性误差）；yFS输出满度值；2、灵敏度 传感器在静态标准条件下，输出变化对输入变

10、化的比值称为灵敏度，用S0 表示，即对线性传感器来说，它的灵敏度S0是个常数。第23页/共109页3、迟滞 传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入特性曲线的不重合程度称迟滞，迟滞误差表达式为：式中H为迟滞误差；Hm为输出值在正、反行程的最大差值。第24页/共109页第25页/共109页4、重复性 传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时，所得输出输入曲线的不一致程度称为重复性。重复性误差用满量程输出的百分数表示，即 近似计算 精确计算 第26页/共109页 式中为重复性误差；Rm为输出最大重复性误差；yi为第i次测量值；为测量值的算术平均值；n为测量次

11、数。第27页/共109页5、分辨力 传感器能检测到的最小输入增量称为分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。6、零漂 传感器在零输入状态下，输出值的变化称零漂，零漂可用相对误差表示，也可以用绝对误差表示。第28页/共109页3.1.4 传感器的动态特性 传感器测量静态信号时，由于被测量不随时间变化，测量和记录过程不受时间限制。而实际中大量的被测量是随时间变化的动态信号，传感器的输出不仅需要精确地显示被测量的大小，还要显示被测量随时间变化的规律，即被测量的波形。传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动态特性是指传感器测量动态信号时输入对输出的响应特性。第29页/共109页 动态特性好的传感器

12、，其输出量随时间的变化规律将再现输入量随时间的变化规律，即它们具有同一个时间函数。但是，除理想情况外，实际传感器的输出信号与输入信号不会具有相同的时间函数，由此引起动态误差。第30页/共109页对传感器的进一步理解：对传感器的进一步理解：一般的理解 常用物理量：温度、压力、位移、振动广义的理解 图像传感器：可见光、近远红外、激光等 电磁波：雷达等学会从系统的角度理解传感器及静动态性能。第31页/共109页3.1.5 测试技术的发展概况传感器方面 1、“结构型”传感器 早期发展的传感器，是利用物理学场的定律（电场、磁场、力场等）所构成的“结构型”传感器。其基本特征:是以其结构的部分变化或变化后引

13、起场的变化来反映待测量（力、位移等）的变化。第32页/共109页2、“物性型”传感器 利用物质特性 构成的传感器称为“物性型”传感器或“物性型”敏感元件。如常见的力敏、压敏、光敏、磁敏、声敏、湿敏、色敏、气敏、味敏、化学敏、射线敏等敏感元件。物性型传感器是传感技术的重要发展方向之一。新型光纤温度传感器第33页/共109页3 3、智能传感器多功能、集成化、智能化传感器是自动化过程控制系统中的重要一环，其主要支柱是微电子与计算机技术。传感器与微型计算机结合，产生了智能传感器。HP公司生产的加速度信号测量传感器芯片第34页/共109页测试技术应用1、产品质量测量 所有重要设备及设备零部件在出厂时都要

14、进行质量检测 齿轮测量齿轮测量汽车质量检测汽车质量检测 第35页/共109页2、设备运行状态监控系统 在电力、冶金、石化、化工、交通等行业，关键设备工作状态的监控。电厂监控电厂监控石化行业石化行业第36页/共109页3、生活中家用电器.利用衣量传感器来检测洗衣时衣物量的多少，从而决定设定水位的利用衣量传感器来检测洗衣时衣物量的多少，从而决定设定水位的高低。高低。.利用衣质传感器来检测衣物重量、织物种类，从而决定最优洗涤温利用衣质传感器来检测衣物重量、织物种类，从而决定最优洗涤温度、洗涤时间。度、洗涤时间。.利用水温传感器来利用水温传感器来 检测开机时的环境温度和注水结束时的水温，检测开机时的环

15、境温度和注水结束时的水温，为模糊推论提供信息。为模糊推论提供信息。利用传感器来检测水的硬度，进而决定添加洗衣粉的量以期达到最利用传感器来检测水的硬度，进而决定添加洗衣粉的量以期达到最佳洗涤效果。佳洗涤效果。利用光传感器来检测洗涤液的透光率，从而间接检测了洗净程度。利用光传感器来检测洗涤液的透光率，从而间接检测了洗净程度。利用传感器监测漂洗过程中的肥皂沫的变化决定漂洗的次数利用传感器监测漂洗过程中的肥皂沫的变化决定漂洗的次数 。第37页/共109页4、其它领域应用.军事、航天.雷达系统.海洋军事探测系统.现代战争的电子对抗.飞机高度、速度.气象、遥感第38页/共109页第3章 检测系统3.13.

16、1概述概述3.23.23.23.2机电一体化中常用检测装置机电一体化中常用检测装置机电一体化中常用检测装置机电一体化中常用检测装置3.33.3基本转换电路基本转换电路3.43.4信号放大电路信号放大电路3.53.5信号的调制与解调信号的调制与解调3.63.6信号处理电路信号处理电路第39页/共109页常用位移测量传感器常用位移测量传感器第40页/共109页电容传感器电容传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。第41页/共109页变极距型电容传感器变极距型电容传感器灵敏度：第42页/共109页变极距型电容传感器变极距型电容传感器非线性误差：第43页/共109页变面积型

17、电容传感器变面积型电容传感器灵敏度：第44页/共109页变面积型电容传感器变面积型电容传感器灵敏度：第45页/共109页电感式传感器电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应原理，把被测位移量变化成线圈自感或互感变化的装置。第46页/共109页电感式传感器电感式传感器第47页/共109页电感式传感器电感式传感器第48页/共109页 在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），称为光等间距分布的细小条纹（又称为刻线），称为光栅栅。光栅检测系统光栅检测系统一、光栅概述一、光栅概述第49页/共109页光栅式测量的主要特点：光栅式测量的主要特

18、点：高精度、大量程高精度、大量程 动态测量、自动测量及数字显示动态测量、自动测量及数字显示 强抗干扰能力强抗干扰能力 高测量速度高测量速度机械位移机械位移串行数字脉冲串行数字脉冲第50页/共109页光栅的类型：光栅的类型：物理光栅物理光栅计量光栅计量光栅利用光的衍射现象，常用于利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定。光谱分析和光波波长测定。主要是利用光的透射和主要是利用光的透射和反射现象，用于位移测反射现象，用于位移测量。量。第51页/共109页v按基体材料按基体材料 透射光栅透射光栅透明玻璃片：透射型光栅特点：利用透射光反射光栅反射光栅金属镜面：反射型光栅特点：利用反射光计计量量光光

19、栅栅第52页/共109页长光栅长光栅圆光栅圆光栅在基体材料上刻上平行在基体材料上刻上平行条纹，检测直线位移。条纹，检测直线位移。在基体材料上刻上向心条纹，在基体材料上刻上向心条纹，检测角位移。检测角位移。注意：圆光栅只有透射光栅。注意：圆光栅只有透射光栅。计计量量光光栅栅v按形状按形状 第53页/共109页长光栅长光栅径向圆光栅径向圆光栅切向圆光栅切向圆光栅第54页/共109页光栅结构（长光栅）光栅结构（长光栅）：a 栅线的宽度（不透光）栅线的宽度（不透光）b 栅线间宽（透光）栅线间宽（透光）a+b=W 栅距（也称光栅常数）栅距（也称光栅常数）通常通常a=b=W/2或或a:b=1.1:0.9常

20、用光栅每毫米常用光栅每毫米25、50、100、125、250线条。线条。Wab第55页/共109页圆光栅：圆光栅：栅距角栅距角 110mm：6001024条条 70mm：100768条条第56页/共109页实验系统实验系统莫尔条纹莫尔条纹移动平台移动平台光栅检测装置的组成光栅检测装置的组成:第57页/共109页光源光源透镜透镜标尺光栅标尺光栅指示光栅指示光栅光敏元件光敏元件B B/4/4a ac cb bd d安装要求：安装要求：1.1.标尺光栅平行于指示光栅；标尺光栅平行于指示光栅；2.2.间隙保证，间隙保证，0.05mm0.05mm或或0.1mm0.1mm标尺光栅标尺光栅光栅读数头光栅读数

21、头活动部件活动部件固定部件固定部件第58页/共109页光栅读数头光栅读数头l作用 位移光电转换器l组成组成光源光源透镜透镜指示光栅指示光栅光敏元件光敏元件l问题？问题？光敏元件的安装？光敏元件的安装？第59页/共109页二、光栅的工作原理二、光栅的工作原理光栅是根据物理学光栅是根据物理学莫尔条纹莫尔条纹的形成原理的形成原理进行工作的。进行工作的。第60页/共109页莫尔条纹莫尔条纹“莫尔莫尔”：出于法文出于法文Moire，意思是水波纹。，意思是水波纹。发现：发现：几百年前法国丝绸工人。几百年前法国丝绸工人。正式提出：正式提出：1874 年英国物理学家年英国物理学家 Rayleigh的的论文论文

22、“关于衍射光栅的制造和理论关于衍射光栅的制造和理论”。第61页/共109页莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹的形成原理莫尔条纹的形成原理莫尔条纹的特性莫尔条纹的特性为什么莫尔条纹可实现位移检测为什么莫尔条纹可实现位移检测第62页/共109页原因：原因：原因：原因：挡光积分效应挡光积分效应挡光积分效应挡光积分效应原理：原理：原理：原理：在光栅线纹较宽的时候（粗光栅）是挡在光栅线纹较宽的时候（粗光栅）是挡在光栅线纹较宽的时候（粗光栅）是挡在光栅线纹较宽的时候（粗光栅）是挡光积分效应，当线纹很细的时候（细光栅），光积分效应，当线纹很细的时候（细光栅），光积分效应，当线纹很细的时候（细光栅），光积分效应，当线纹

23、很细的时候（细光栅），光线经过光栅造成的莫尔条纹是光线衍射后产光线经过光栅造成的莫尔条纹是光线衍射后产光线经过光栅造成的莫尔条纹是光线衍射后产光线经过光栅造成的莫尔条纹是光线衍射后产生干涉的效果。生干涉的效果。生干涉的效果。生干涉的效果。莫尔条纹的形成第63页/共109页长光栅莫尔条纹播放动画播放动画第64页/共109页播放中播放中圆弧莫尔条纹单击准备演示单击准备演示播放动画播放动画第65页/共109页环形莫尔条纹播放动画播放动画播放中播放中单击准备演示单击准备演示第66页/共109页单击准备演示单击准备演示辐射形莫尔条纹播放动画播放动画第67页/共109页莫尔条纹为什么可以用来实现位移测量莫

24、尔条纹为什么可以用来实现位移测量?对于位移的检测，应包括三个方面：方向、大小、速度。莫尔条纹是如何反映这几方面的变化的？第68页/共109页莫尔条纹和光栅尺移动的对应关系：莫尔条纹和光栅尺移动的对应关系：大小、方向、速度大小、方向、速度第69页/共109页莫尔条纹的其他特性莫尔条纹的其他特性1 1当用平行光束照射光栅时，所形成莫尔条纹间的光强近似呈当用平行光束照射光栅时，所形成莫尔条纹间的光强近似呈当用平行光束照射光栅时，所形成莫尔条纹间的光强近似呈当用平行光束照射光栅时，所形成莫尔条纹间的光强近似呈正弦或正弦或正弦或正弦或余弦分布余弦分布余弦分布余弦分布 2 2放大作用放大作用放大作用放大作

25、用 3 3误差平均效应误差平均效应误差平均效应误差平均效应第70页/共109页莫尔条纹间的光强分布莫尔条纹间的光强分布WB12sy0 01 1标尺光栅标尺光栅2 2指示光栅指示光栅B B 节距节距W W 栅距栅距第71页/共109页B B：条纹的节距；：条纹的节距；：条纹的节距；：条纹的节距；WW：光栅的栅距；：光栅的栅距；：光栅的栅距；：光栅的栅距；:夹角夹角夹角夹角B=W/tanB=W/tan W/W/如：如：如：如：W=0.01mmW=0.01mm、=0.001,=0.001,则：则：则：则：B=10mmB=10mm放大倍数为放大倍数为放大倍数为放大倍数为10001000倍倍倍倍特点特点

26、:放大不需要复杂的光学系统。放大不需要复杂的光学系统。光栅的放大作用光栅的放大作用BW第72页/共109页光栅的误差平均作用光栅的误差平均作用 栅距能否绝对一样？不一样会有什么影响？栅距能否绝对一样？不一样会有什么影响？栅距能否绝对一样？不一样会有什么影响？栅距能否绝对一样？不一样会有什么影响？答案：答案：答案：答案：1.1.平均化了个别栅线的间距误差，消除了短周期误差。平均化了个别栅线的间距误差，消除了短周期误差。平均化了个别栅线的间距误差，消除了短周期误差。平均化了个别栅线的间距误差，消除了短周期误差。2.2.不能平均累积误差，即克服不了长周期误差。不能平均累积误差，即克服不了长周期误差。

27、不能平均累积误差，即克服不了长周期误差。不能平均累积误差，即克服不了长周期误差。莫莫莫莫 尔尔尔尔 条条条条 纹纹纹纹 的的的的 节节节节 距距距距 误误误误 差差差差 取取取取 决决决决 于于于于 光光光光 栅栅栅栅 刻刻刻刻 线线线线 的的的的 平平平平 均均均均 误误误误 差差差差。第73页/共109页三、莫尔条纹位移检测三、莫尔条纹位移检测 莫尔条纹位移莫尔条纹位移 被测位移被测位移对应关系对应关系怎么实现用莫尔条纹来检测位移怎么实现用莫尔条纹来检测位移时间时间8分钟分钟第74页/共109页 莫尔条纹是一个明暗相间的带。两条暗莫尔条纹是一个明暗相间的带。两条暗带中心线之间的光强变化是从

28、最暗到渐暗，带中心线之间的光强变化是从最暗到渐暗，到渐亮，一直到最亮，又从最亮经渐亮到渐到渐亮，一直到最亮，又从最亮经渐亮到渐暗，暗，再到最暗的渐变过程。主光栅移动一再到最暗的渐变过程。主光栅移动一个栅距个栅距W，光强变化一个周期。，光强变化一个周期。第75页/共109页光信号光信号电信号电信号第76页/共109页第77页/共109页第78页/共109页光光电转换电转换通常在一个节距上均匀分布四个光敏元件，通常在一个节距上均匀分布四个光敏元件，从每一个光敏元件上输出的都是正弦或余从每一个光敏元件上输出的都是正弦或余弦信号，四路信号相位差弦信号，四路信号相位差90度。度。nA：cos（2/w*V

29、 t）nB：cos（2/w*V t+/2）nC：cos（2/w*V t+）nD：cos（2/w*V t+3 /2）第79页/共109页电信号如何反映位移？电信号如何反映位移？1.每每一一路路信信号号每每变变化化一一个个周周期期，表表示示被被测测物体移动了一个光栅栅距；物体移动了一个光栅栅距；2.信信号号变变化化越越快快，被被测测物物体体则则移移动动越越快快，其变化频率代表了工作台的移动速度；其变化频率代表了工作台的移动速度；3.四四路路信信号号的的超超前前滞滞后后关关系系反反映映了了工工作作台的移动方向。台的移动方向。第80页/共109页结论：结论：被测物体速度、位移被测物体速度、位移大小、方

30、向的检测大小、方向的检测电压频率、变化次数、电压频率、变化次数、相位的检测相位的检测第81页/共109页感应同步器感应同步器应用电磁感应原理来测量位移的高精度检测元件应用电磁感应原理来测量位移的高精度检测元件第82页/共109页第83页/共109页第84页/共109页 当在滑尺的两个绕组中分当在滑尺的两个绕组中分别加上激励电压时，则在定尺别加上激励电压时，则在定尺绕组中产生感应电势，其幅值绕组中产生感应电势，其幅值决定绕组的相对位置。决定绕组的相对位置。第85页/共109页两种使用方式：相位工作方式和幅值工作方式第86页/共109页（1）、相位工作方式的原理 当在滑尺的两个绕组中分别加上幅值相

31、等、频率相同的正弦和余弦激励电压时 ，则在定尺绕组中产生感应电压其中k为感应系数，为定尺与滑尺的相对位移。第87页/共109页则在定尺绕组中合成电压为通过检测U的相位可以测量定尺与滑尺的相对位移。若感应同步器的节距为W，则滑尺直线位移x和之间的关系为第88页/共109页（2）、幅值工作方式的原理 当在滑尺的两个绕组中分别加上频率和相位相同而幅值不同的激励电压为旋转变压器的电气角，可由伺服系统产生第89页/共109页则在定尺绕组中产生感应电压通过检测U的幅值可以测量定尺与滑尺的相对位移。第90页/共109页精度高可用于长距离位移测量对环境的适应性较强使用寿命长，维护简单工艺性好，维护简单感应同步

32、器的特点感应同步器的特点第91页/共109页回转编码器（光电编码器）回转编码器（光电编码器）回转编码器是一种码盘式角度回转编码器是一种码盘式角度数字检测数字检测元件元件 ，分绝对式编码器盘和增量式编码器两，分绝对式编码器盘和增量式编码器两种。绝对式编码器能够直接给出对应每个转种。绝对式编码器能够直接给出对应每个转角位置的二进制数码，便于计算机处理。增角位置的二进制数码，便于计算机处理。增量式编码器结构简单、价格低、精度易于保量式编码器结构简单、价格低、精度易于保证。因此目前使用广泛。证。因此目前使用广泛。第92页/共109页第93页/共109页(1)、绝对式编码器 6位绝对式编码器的码盘如图所

33、示。第94页/共109页 码盘的圆周上刻有码盘的圆周上刻有6 6条码道，代表条码道，代表6 6位二进位二进制数码的制数码的2 26 6=64=64种连续取值。假定处在圆周最外种连续取值。假定处在圆周最外围的码道代表数码的最低位，离圆心最近的码围的码道代表数码的最低位，离圆心最近的码道代表码的最高位。码盘上的黑色部分作遮光道代表码的最高位。码盘上的黑色部分作遮光处理，用来表示高电平处理，用来表示高电平“1 1”；白色部分做透；白色部分做透明处理，代表低电平明处理，代表低电平“0 0”。则从里到外各码。则从里到外各码道依次对应道依次对应2 25 5、2 24 4、2 23 3、2 22 2、2 2

34、1 1、2 20 0。6464个扇个扇区分别对应二进制的区分别对应二进制的000000000000、000001000001、111111111111。第95页/共109页第96页/共109页 如果每个码道配置一个光电转换器，隔如果每个码道配置一个光电转换器，隔着码盘从后侧用光源照射，则光电转换器可着码盘从后侧用光源照射，则光电转换器可读取代表圆盘位置的二进制数。此种编码盘读取代表圆盘位置的二进制数。此种编码盘的编码方式使码值不止一位变化，可能由各的编码方式使码值不止一位变化，可能由各种不精确的因素而导致出现读数失误，并且种不精确的因素而导致出现读数失误，并且无法验证。因此采用新的编码技术（如

35、格雷无法验证。因此采用新的编码技术（如格雷码码Gray-CODEGray-CODE）编制码盘。可将错码限制在只）编制码盘。可将错码限制在只有一位上。有一位上。第97页/共109页二进制和格雷码盘比较第98页/共109页非单值性系统误差问题：10111111？非单值性误差解决方法：采用特殊代码10111100第99页/共109页100格雷码编码盘n特点：n相邻两个编码间仅有一位是不同的。n结果：n允许非单值性误差的出现，但可将其控制在最小的范围内。第100页/共109页4位二进码与格雷码的对照关系十十进进制数制数二二进进制制码码格雷格雷码码十十进进制数制数 二二进进制制码码格雷格雷码码00000

36、0000101010111110001000111101111102001000111211001010300110010131101101140100011014111010015010101111511111000601100101701110100810001100910011101第101页/共109页绝对式编码器的码盘可以划分多个码道，绝对式编码器的码盘可以划分多个码道，检测角位移的分辨率与码道多少有关系。即：检测角位移的分辨率与码道多少有关系。即：3600/23600/2n n，n n是码道数也是二进制码的位数。是码道数也是二进制码的位数。单个光电编码盘目前最多可做成单个光电编码盘

37、目前最多可做成20 20 码道，码道，对应的最小角度值为对应的最小角度值为1.241.24，组合码盘可达，组合码盘可达到到2222位，检测精度较高。位，检测精度较高。第102页/共109页绝对式编码器采用光码盘的最大特点是绝对式编码器采用光码盘的最大特点是非接触式的。因此它的使用寿命长，可靠性非接触式的。因此它的使用寿命长，可靠性高，其精度和分辨率取决于光码盘的精度和高，其精度和分辨率取决于光码盘的精度和分辨率。光电码盘的缺点是结构较为复杂，分辨率。光电码盘的缺点是结构较为复杂，光源寿命短。光源寿命短。第103页/共109页(2)(2)、增量式编码器又称脉冲式编码器、增量式编码器又称脉冲式编码

38、器 增量式光电编码器是指随轴旋转的码增量式光电编码器是指随轴旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移。表示转过的角位移。第104页/共109页第105页/共109页106角度脉冲旋转式脉冲发生器 增量式编码器工作原理增量式编码器工作原理鉴向盘鉴向盘光电变换器光电变换器主码盘主码盘透镜透镜光源光源ABABZ输出信号类型输出信号类型第106页/共109页有有A A相、相、B B相、相、Z Z相三条光栅。相三条光栅。A A相、相、B B相相两者相差两者相差90900 0。利

39、用。利用B B相的上升沿触发器检相的上升沿触发器检测测A A相状态，以此判断旋转方向。相状态，以此判断旋转方向。Z Z相是原相是原点信号。这时以点信号。这时以A A、B B两个光电变换器的输两个光电变换器的输出信号在相位上相差出信号在相位上相差90900 0。近似正弦波，经。近似正弦波，经逻辑电路处理后用来判断转轴的转动方向。逻辑电路处理后用来判断转轴的转动方向。第107页/共109页利用增量式编码器还可以测量轴的转利用增量式编码器还可以测量轴的转速。方法有两种：分别是应用测量脉冲的速。方法有两种：分别是应用测量脉冲的频率和周期的原理。频率和周期的原理。第108页/共109页感谢您的观看！第109页/共109页