【文章內(nèi)容簡介】 2Hu1u2u1u2xOxxxxxxxxOOOOOOu39。2u39。1u1u1 Wu39。1 WY1Y2H（ a） （ b） 莫爾條紋上移時(shí) 莫爾條紋下移時(shí) 第 13章 數(shù)字式傳感器 在上述辨向原理中可知 ， 在相差 BH/4位置上安裝兩個(gè)光電元件 ， 得到兩個(gè)相位相差 π/2的電信號(hào) 。 若將這兩個(gè)信號(hào)反相就可以得到四個(gè)依次相差 π/2的信號(hào) ， 從而可以在移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖 ， 實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分 。 也可以在相差 BH/4位置上安放四個(gè)光電元件來實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分 。 這種方法不可能得到高的細(xì)分?jǐn)?shù) ， 因?yàn)樵谝粋€(gè)莫爾條紋的間距內(nèi)不可能安裝更多的光電元件 。 它有一個(gè)優(yōu)點(diǎn) ， 就是對莫爾條紋產(chǎn)生的信號(hào)波形沒有嚴(yán)格要求 。 第 13章 數(shù)字式傳感器 數(shù)控機(jī)床位置控制框圖 由控制系統(tǒng)生成的指令 Pc控制工作臺(tái)移動(dòng)，光柵傳感器不斷檢測工作臺(tái)的實(shí)際位置 Pf并進(jìn)行反饋，形成位置偏差 Pe，調(diào)整工作臺(tái)的位置。當(dāng) Pe=0時(shí)，表示工作臺(tái)已到達(dá)指令位置。 光柵數(shù)字傳感器的應(yīng)用 絲桿的作用就是把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹? 線運(yùn)動(dòng)，一般是和螺母配合使用， 這是一種傳動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu) 第 13章 數(shù)字式傳感器 光柵傳感器的應(yīng)用 第 13章 數(shù)字式傳感器 編 碼 器 ?編碼器 :將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的模擬量 （ 位移 ） 轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號(hào)的這類傳感器 。 ?編碼器以其高精度 、 高分辨率和高可靠性被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 ）和碼盤式編碼器 （ 絕對編碼器 ） ， 其關(guān)系如下所示： 編碼器 脈沖盤式編碼器 (增量編碼器 ) 碼盤式編碼器 (絕對編碼器 ) 接觸式編碼器 電磁式編碼器 光電式編碼器 第 13章 數(shù)字式傳感器 脈沖盤式編碼器的輸出是一系列脈沖 ， 需要一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)對脈沖進(jìn)行加減 (正向或反向旋轉(zhuǎn)時(shí) )累計(jì)計(jì)數(shù) ， 一般還需要一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)即零位基準(zhǔn) ， 才能完成角位移測量 。 絕對編碼器不需要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)及計(jì)數(shù)系統(tǒng) ， 它在任意位置都可給出與位置相對應(yīng)的固定數(shù)字碼輸出 ， 能方便地與數(shù)字系統(tǒng) （ 如微機(jī) ） 連接 。 編碼器按其結(jié)構(gòu)形式有 接觸式 、 光電式 、 電磁式 等 ， 后兩種為非接觸式編碼器 。 非接觸式編碼器具有非接觸 、 體積小和壽命長 ， 且分辨率高的特點(diǎn) 。 三種編碼器相比較 ， 光電式編碼器的性價(jià)比最高 ， 它作為精密位移傳感器在自動(dòng)測量和自動(dòng)控制技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用 。 目前我國已有 23位光電編碼器 ， 為科學(xué)研究 、 軍事 、 航天和工業(yè)生產(chǎn)提供了對位移量進(jìn)行精密檢測的手段 。 第 13章 數(shù)字式傳感器 光電式編碼器 光電式編碼器主要由安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的編碼圓盤 （ 碼盤 ） 、 窄縫以及安裝在圓盤兩邊的光源和光敏元件等組成 。 基本結(jié)構(gòu)如圖 136所示 。 碼盤由光學(xué)玻璃制成 ， 其上刻有許多同心碼道 ， 每位碼道上都有按一定規(guī)律排列的透光和不透光部分 ， 即亮區(qū)和暗區(qū) 。 碼盤構(gòu)造如圖 137所示 ， 它是一個(gè) 6位二進(jìn)制碼盤 。 當(dāng)光源將光投射在碼盤上時(shí) ， 轉(zhuǎn)動(dòng)碼盤 ， 通過亮區(qū)的光線經(jīng)窄縫后 ， 由光敏元件接收 。 光敏元件的排列與碼道一一對應(yīng) ， 對應(yīng)于亮區(qū)和暗區(qū)的光敏元件輸出的信號(hào) ， 前者為 “ 1”， 后者為“ 0”。 當(dāng)碼盤旋至不同位置時(shí) ， 光敏元件輸出信號(hào)的組合 ， 反映出按一定規(guī)律編碼的數(shù)字量 ， 代表了碼盤軸的角位移大小 。 第 13章 數(shù)字式傳感器 絕對式和增量式： 1. 測量角位移 用光電方法把被測角位移轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的 電信號(hào)的轉(zhuǎn)換部件 。 1－光源 2－柱面鏡 3－碼盤 4－狹縫 5－元件 碼盤式傳感器 第 13章 數(shù)字式傳感器 圖 136 光電式編碼器示意圖 第 13章 數(shù)字式傳感器 碼盤式傳感器 一、工作原理 用光電方法 ——測量 ——被測件角位 移 ——數(shù)字代碼表示。 光源 ——柱面鏡 —（平行光或會(huì)聚光照射） ——碼盤 —（亮、暗區(qū)） ——狹縫 ——（窄光束） ——光電元件。 第 13章 數(shù)字式傳感器 二、碼制與碼盤（以 6位二進(jìn)制為例） 碼盤 碼道：共 6圈，內(nèi)圈為 C6； 外圈為 C1： 26=64黑白間隔。 黑： 0 白： 1 第 13章 數(shù)字式傳感器 特點(diǎn)： 容量： 2n； 分辨力 θi=360/2n 外圈角節(jié)距： 2 θi 有權(quán)碼編碼： Ci2i1 θi 大碼變、小碼同時(shí)變 第 13章 數(shù)字式傳感器 二進(jìn)制碼盤主要特點(diǎn)： （ 1） n位 (n個(gè)碼道 )的二進(jìn)制碼盤具有 2n種不同編碼 ， 稱其容量為 2n， 其最小分辨力 θ1＝ 3600／ 2n， 它的最外圈角節(jié)距為 2θ1； （ 2） 二進(jìn)制碼為有權(quán)碼 ， 編碼 Cn,Cn1， … ， C1對應(yīng)于由零位算起的轉(zhuǎn)角為： （ 3） 碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)中 ， CK變化時(shí) ， 所有 Cj(jK)應(yīng)同時(shí)變化 。 （ 4） 碼盤上的各道同時(shí)旋轉(zhuǎn) ， 角速度相同 。 1112 ???? iniiC第 13章 數(shù)字式傳感器 根據(jù)碼盤的起始和終止位置就可確定轉(zhuǎn)角，與轉(zhuǎn)動(dòng)的中間過程無關(guān)。 標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制編碼器 (8421碼盤 ) 紅色不透光 ——“0” 6位二進(jìn)制碼盤 絕對編碼器碼盤和碼制 第 13章 數(shù)字式傳感器 圖 137 碼盤構(gòu)造 碼制與碼盤（以 6位二進(jìn)制為例） 碼盤 碼道 ：共 6圈，內(nèi)圈為 C6； 外圈為 C1：26=64黑白間隔。 黑： 0 白： 1 00000 01111 10000 11000 二進(jìn)制 第 13章 數(shù)字式傳感器 編碼器碼盤按其所用碼制可分為二進(jìn)制碼 、 十進(jìn)制碼 、 循環(huán)碼等 。 對于圖 137所示的 6位二進(jìn)制碼盤 ， 最內(nèi)圈碼盤一半透光 ， 一半不透光 ， 最外圈一共分成 26=64個(gè)黑白間隔 。 每一個(gè)角度方位對應(yīng)于不同的編碼 。 例如零位對應(yīng)于 000000（ 全黑 ） ；第 23個(gè)方位對應(yīng)于 010111。 這樣在測量時(shí) ， 只要根據(jù)碼盤的起始和終止位置 ， 就可以確定角位移 ， 而與轉(zhuǎn)動(dòng)的中間過程無關(guān) 。 一個(gè) n位二進(jìn)制碼盤的最小分辨率 ， 即能分辨的角度為 α=360176。 /2n， 一個(gè) 6位二進(jìn)制碼盤 ， 其最小分辨的角度 α≈176。 。 第 13章 數(shù)字式傳感器 第 13章 數(shù)字式傳感器 采用二進(jìn)制編碼器時(shí) ， 任何微小的制作誤差 ， 都可能造成讀數(shù)的粗誤差 。 這主要是因?yàn)?二進(jìn)制碼當(dāng)某一較高的數(shù)碼改變時(shí) ， 所有比它低的各位數(shù)碼均需同時(shí)改變 （ 0111－ 1000） 。 如果由于刻劃誤差等原因 ， 某一較高位提前或延后改變 ， 就會(huì)造成粗誤差 。 為了消除粗誤差 ， 可用循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼 。 表 131 給出了四位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼的對照表 。 從表中看出 ， 循環(huán)碼是一種無權(quán)碼 ， 從任何數(shù)變到相鄰數(shù)時(shí) ， 僅有一位數(shù)碼發(fā)生變化 。如果任一碼道刻劃有誤差 ， 只要誤差不太大 ， 且只可能有一個(gè)碼道出現(xiàn)讀數(shù)誤差 ， 產(chǎn)生的誤差最多等于最低位的一個(gè)比特 。所以只要適當(dāng)限制各碼道的制造誤差和安裝誤差 ， 都不會(huì)產(chǎn)生粗誤差 。 由