【正文】 10條 /mm (W=) 25條 /mm (W=) 50條 /mm (W=) 100條 /mm (W=) 125條 /mm (W=) 第 13章 數(shù)字式傳感器 （光柵讀數(shù)頭） 固定不動 安裝在運 動部件上 第 13章 數(shù)字式傳感器 光柵傳感器的結(jié)構(gòu) ? 光柵傳感器由光源、透鏡、光柵副（主光柵和指示光柵）和光電接收元件組成。在機械振動和沖擊條件下工作時，使用壽命將降低。 如砷化鎵發(fā)光二極管，與硅光敏三極管相結(jié)合，轉(zhuǎn)換效率最高可達 30%左右。 第 13章 數(shù)字式傳感器 光電元件 ? 包括有 光電池 和 光敏三極管 等部分 。 在光敏元件的輸出端 ， 常接有放大器 ， 通過放大器得到足夠的信號輸出以防干擾的影響 。計量光柵又分為 長光柵 和圓光柵 。 黑白光柵 是只對入射光波的振幅或光強進行調(diào)制的光柵，亦稱幅值光柵； 閃耀光柵 是對入射光波的相位進行調(diào)制，亦稱相位光柵。透射光柵 是將柵線刻制在透明材料上，如光學玻璃和制版玻璃； 反射光柵 則將柵線刻制在具有強反射能力的金屬上，如不銹鋼或玻璃鍍金屬膜。 光柵的分類 第 13章 數(shù)字式傳感器 長光柵莫爾條紋 播放動畫 在長光柵中標尺光柵固定不動，而指示光柵安裝在運動部件上，所以兩者之間可以形成相對運動 。 第 13章 數(shù)字式傳感器 播放動畫 第 13章 數(shù)字式傳感器 1)莫爾條紋的放大作用 ???WWBCABB H ????2422s i n22放大倍數(shù)為 1/θ,θ 越小 , B越大。 時 θ= 176。 第 13章 數(shù)字式傳感器 為什么要辨向 當可動光柵（主光柵）無論向前或向后移動時，在一固定點安裝的光電元件只能接收到莫爾條紋明暗交替的變化，后面的數(shù)字電路都將發(fā)生同樣的計數(shù)脈沖，從而無法辨別光柵移動的方向，也不能正確測量出有往復移動時位移的大小。 第 13章 數(shù)字式傳感器 辨向原理 單個光電元件接收一固定點的莫爾條紋信號 ， 只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動方向 ， 因而就 不能判別運動零件的運動方向 ， 以致不能正確測量位移 。 第 13章 數(shù)字式傳感器 辨向光路設(shè)置 在相距四分之一莫爾條紋間距 BH的位置上設(shè)置光電元件 2，兩個 光電元件 1和 2相差 1/4 的 BH以得到兩個相位互差 90176。 cp cp D CP Q 1 上升沿 1 0 上升沿 0 第 13章 數(shù)字式傳感器 辨向電路 放大 整形 微 分 Y 1 觸 發(fā) 器 可逆計 數(shù)器 放大 整形 反 相 微 分 Y 2 ≥ 1 延 時 u 1 u 2 u 39。 2 u 1 u 39。2u39。1 WY1Y2Hu1u2u1u2xOxxxxxxxxOOOOOOu39。1u1u1 Wu39。 為了提高分辨率和測量比柵距更小的位移量 ， 可采用細分技術(shù) 。 由于細分后計數(shù)脈沖頻率提高到了 n倍 ， 因此也稱之為 n倍頻 。 下面介紹電子細分法中常用的四倍頻細分法 ， 這種細分法也是許多其它細分法的基礎(chǔ) 。2u39。1 WY1Y2Hu1u2u1u2xOxxxxxxxxOOOOOOu39。1u1u1 Wu39。 若將這兩個信號反相就可以得到四個依次相差 π/2的信號 ， 從而可以在移動一個柵距的周期內(nèi)得到四個計數(shù)脈沖 ， 實現(xiàn)四倍頻細分 。 這種方法不可能得到高的細分數(shù) ， 因為在一個莫爾條紋的間距內(nèi)不可能安裝更多的光電元件 。 第 13章 數(shù)字式傳感器 數(shù)控機床位置控制框圖 由控制系統(tǒng)生成的指令 Pc控制工作臺移動，光柵傳感器不斷檢測工作臺的實際位置 Pf并進行反饋，形成位置偏差 Pe，調(diào)整工作臺的位置。 光柵數(shù)字傳感器的應用 絲桿的作用就是把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹? 線運動，一般是和螺母配合使用， 這是一種傳動螺旋機構(gòu) 第 13章 數(shù)字式傳感器 光柵傳感器的應用 第 13章 數(shù)字式傳感器 編 碼 器 ?編碼器 :將機械轉(zhuǎn)動的模擬量 （ 位移 ） 轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號的這類傳感器 。 ? 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 ， 需要一個計數(shù)系統(tǒng)對脈沖進行加減 (正向或反向旋轉(zhuǎn)時 )累計計數(shù) ， 一般還需要一個基準數(shù)據(jù)即零位基準 ， 才能完成角位移測量 。 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 。 三種編碼器相比較 ， 光電式編碼器的性價比最高 ， 它作為精密位移傳感器在自動測量和自動控制技術(shù)中得到了廣泛的應用 。 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 。 碼盤由光學玻璃制成 ， 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) 。 當光源將光投射在碼盤上時 ， 轉(zhuǎn)動碼盤 ， 通過亮區(qū)的光線經(jīng)窄縫后 ， 由光敏元件接收 。 當碼盤旋至不同位置時 ， 光敏元件輸出信號的組合 ， 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 。 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。 第 13章 數(shù)字式傳感器 二、碼制與碼盤（以 6位二進制為例） 碼盤 碼道：共 6圈，內(nèi)圈為 C6； 外圈為 C1： 26=64黑白間隔。 （ 4） 碼盤上的各道同時旋轉(zhuǎn) ， 角速度相同 。 標準二進制編碼器 (8421碼盤 ) 紅色不透光 ——“0” 6位二進制碼盤 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。 對于圖 137所示的 6位二進制碼盤 ， 最內(nèi)圈碼盤一半透光 ， 一半不透光 ， 最外圈一共分成 26=64個黑白間隔 。 例如零位對應于 000000（ 全黑 ） ；第 23個方位對應于 010111。 一個 n位二進制碼盤的最小分辨率 ， 即能分辨的角度為 α=360176。 。 這主要是因為 二進制碼當某一較高的數(shù)碼改變時 ， 所有比它低的各位數(shù)碼均需同時改變 （ 0111－ 1000） 。 為了消除粗誤差 ， 可用循環(huán)碼代替二進制碼 。 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 ， 僅有一位數(shù)碼發(fā)生變化 。所以只要適當限制各碼道的制造誤差和安裝誤差