【正文】 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 第五章 數(shù)字傳感器 本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容： 光柵式傳感器 光電編碼器 磁柵式傳感器 感應(yīng)同步器 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 數(shù)字傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 防護(hù)罩內(nèi)為直線光柵 光柵掃描頭 被加工工件 切削刀具 角編碼器安裝在夾具的端部 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 167。 5－ 1 光柵式傳感器 光柵式傳感器是光電式傳感器的一個(gè)特殊應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)為： ?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ?測(cè)量精度高 ?易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化等 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 一、光柵的結(jié)構(gòu)和類型 ? 光柵主要由 標(biāo)尺光柵 和 光柵讀數(shù)頭 兩部分構(gòu)成。 ? 光柵讀數(shù)頭包括： 光源、透鏡、指示光柵、光電接收元件、驅(qū)動(dòng)電路 。 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 1．分類 ? 按運(yùn)動(dòng)形式分： 直線型：主光柵為直尺形 →直線移動(dòng) 旋轉(zhuǎn)型：主光柵為圓盤形 →旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ? 按光學(xué)形式分： 透射式：光源與光電元件在兩側(cè) →透射光 反射式：光源與光電元件同一側(cè) →反射光 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 2．光柵尺（標(biāo)尺光柵和指示光柵） a+b=W稱為光柵的柵距（或光柵常數(shù)） 通常情況下， a=b=W/2 指示光柵 標(biāo)尺光柵 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 1－反射主光柵 2－指示光柵 3－場(chǎng)鏡 4－反射鏡 5－聚光鏡 6－光源 7－物鏡 8－光電電池。 該光路適用于黑白反射光柵。 3．光柵讀數(shù)頭 （ 1）反射式光柵 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 反射式光柵結(jié)構(gòu)圖 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 此光路適合于粗柵距的黑白透射光柵。 1－光源 2－準(zhǔn)直透鏡 3－主光柵 4－指示光柵 5－光電元件 （ 2）透射式光柵 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 透射式光柵結(jié)構(gòu)圖 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 旋轉(zhuǎn)式光柵示意圖 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 光柵傳感器實(shí)物圖 掃描頭（與移動(dòng)部件固定） 光柵尺 可移動(dòng)電纜 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 二、光柵的基本工作原理 1．莫爾條紋 直線型莫爾 條紋動(dòng)畫演示 旋轉(zhuǎn)型莫爾 條紋動(dòng)畫演示 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 2t a nt a n?? ?橫向莫爾條紋的斜率 莫爾條紋間距 2 sin 2 sin22HB C W WB A B?? ?? ? ? ?莫爾條紋的寬度 BH由光柵常數(shù)與光柵夾角決定 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 莫爾條紋的主要特性： （ 1） 消除光柵刻線不均勻誤差 光電元件對(duì)于光柵刻線的誤差起到了平均作用 。 ?即準(zhǔn)確性：大量刻線 → 誤差平均效應(yīng) → 克服個(gè)別 /局部誤差 → 提高精度 （ 2） 位移的放大特性 ?放大性：夾角 θ很小 → B＝ W / θ W → 光學(xué)放大 → 提高靈敏度 ?可調(diào)性：夾角 θ↓→ 條紋間距 B↑ → 靈活 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 ?同步性：光柵移動(dòng)一個(gè)柵距 → 莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)間距一方向?qū)?yīng) ?方向性：垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時(shí)，與光柵移動(dòng)方向垂直 （ 3）移動(dòng)特性 2c o so a v mu U U xW??? －輸出信號(hào)中直 流分量 avU（ 4）光強(qiáng)與位置關(guān)系 ?對(duì)應(yīng)性： 莫爾條紋的光強(qiáng)度變化近似正弦變化， 便于將電信號(hào)作進(jìn)一步細(xì)分，即采用“倍頻技術(shù)”。 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 注意事項(xiàng)： ?光柵的光學(xué)放大作用與安裝角度有關(guān)，而與兩光 柵的安裝間隙無關(guān)。 ?莫爾條紋的寬度必須大于光敏元件的尺寸，否則 光敏元件無法分辨光強(qiáng)的變化。 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 兩光電元件相對(duì)位置 2－光電元件 2．辨向原理 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 去加法計(jì)數(shù)器 去減法計(jì)數(shù)器 辨向電路及輸出脈沖圖 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 UZ1 UZ2 UZ3 去加法計(jì)數(shù)器 《 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 》 吳旗主編 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS 普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 去減法計(jì)數(shù)器 UZ1 UZ2