轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置

1、直流調(diào)速系統(tǒng)中常用的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置 通常采用測(cè)速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。測(cè)速發(fā)電機(jī)有交流、直流兩種。交流測(cè)速發(fā)電機(jī)有CK型及AT型。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、無(wú)碳刷接觸、易維護(hù)且無(wú)碳刷壓降造成的誤差等優(yōu)點(diǎn)。但用在直流調(diào)速系統(tǒng)中時(shí)，需要進(jìn)行整流變換，影響反饋信號(hào)的準(zhǔn)確度。因此直流調(diào)速系統(tǒng)通常選用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速。為了保證測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間有嚴(yán)格的比例關(guān)系，其關(guān)鍵是嚴(yán)格保證測(cè)速發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)恒定。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)有兩種形式：永磁式(CY型測(cè)速發(fā)電機(jī))及他勵(lì)式(ZCY型測(cè)速發(fā)電機(jī))。永磁式電機(jī)在使用時(shí)，需注意所處環(huán)境溫度不能太高或有強(qiáng)烈振動(dòng)，否則，永久磁鐵的磁性將會(huì)很快減弱，使檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)

2、。他勵(lì)式測(cè)速發(fā)電機(jī)在使用時(shí)，為使勵(lì)磁電流保持不變，最好采用恒流電源。此外，在使用測(cè)速發(fā)電機(jī)時(shí)，不要使其負(fù)載電流太大，以免測(cè)速發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)過(guò)大而影響測(cè)量精度。選用測(cè)速發(fā)電機(jī)時(shí)，最好使它的額定轉(zhuǎn)速與主電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。如做不到這一點(diǎn)，則需考慮增設(shè)齒輪變速裝置或直接選用直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)的配套設(shè)備。1轉(zhuǎn)速測(cè)量的一般方法 轉(zhuǎn)速表 轉(zhuǎn)速表是測(cè)量轉(zhuǎn)速的基本儀器。目前常見(jiàn)的有機(jī)械式和數(shù)字式兩大類，均有系列產(chǎn)品。2.使用的一般轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法與注意事項(xiàng) 1)轉(zhuǎn)速表的選擇：根據(jù)被測(cè)量的要求精度和測(cè)量范圍，合理選擇。原則上機(jī)械式轉(zhuǎn)速表的基本誤差為；而顯示式轉(zhuǎn)速表精度較高。在滿足要求的條件下，盡量選用機(jī)械式轉(zhuǎn)速

3、表，這樣可以降低測(cè)試費(fèi)用。轉(zhuǎn)速表的量程選擇是很值得注意的，應(yīng)盡量減少量程變換，從而可以減少量程誤差。例如，須測(cè)量2001500rmin變化范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)選用LZ型手持離心式轉(zhuǎn)速表時(shí)，應(yīng)該注意到該型號(hào)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍的不同規(guī)格，見(jiàn)表。表 LZ型手持式離心轉(zhuǎn)速表規(guī)格型號(hào)規(guī)格與量程檔數(shù)LZ-30LZ-45LZ-6030120451806024010040015060020080030012004501800600 2400100040001500600020008000300012000450018000600024000若選用LZ30，則要用100400、3001200、10004000三檔

4、；而選用LZ45則只要用150600、4501800兩檔，選用LZ60時(shí)，也用200800、6002400兩檔。根據(jù)盡量減小量程切換所引起的誤差的要求，應(yīng)選用LZ45或LZ60而LZ型轉(zhuǎn)速表的基本誤差為，；那么LZ45兩檔的基本誤差分別為、；而LZ60的基本誤差則為、。由此可見(jiàn)，選用LZ45較為合適。2)使用接觸式轉(zhuǎn)速表時(shí)，應(yīng)盡量保持轉(zhuǎn)速系的軸線與被測(cè)電機(jī)的軸線在一條直線上，而且壓力大小亦要適宜(如手持式數(shù)字轉(zhuǎn)速表的啟動(dòng)力僅需5g)，否則將影響到測(cè)量的精確性，甚至?xí)p壞轉(zhuǎn)速表。 3)帶有傳感器的數(shù)字式轉(zhuǎn)速表，對(duì)傳感器的位置必須按規(guī)定要求安裝： 4)對(duì)于磁性式轉(zhuǎn)速表，在使用時(shí)，其周圍應(yīng)盡量避免大

5、電流導(dǎo)線靠近。3低轉(zhuǎn)速的測(cè)量。 在測(cè)定調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)時(shí)，常常遇到要測(cè)低于30rmin的轉(zhuǎn)速。一些寬調(diào)速系統(tǒng)或一些特殊的穩(wěn)速系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速低至0.1rmin，即10min一轉(zhuǎn)，甚至更低。對(duì)于這種低轉(zhuǎn)速，上述的轉(zhuǎn)速表均已無(wú)法使用。目前，般采用下列辦法測(cè)定：計(jì)時(shí)法 計(jì)時(shí)法是在讀取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)N的同時(shí)，用秒表計(jì)取時(shí)間t的辦法，然后計(jì)算轉(zhuǎn)速，即： nNt (rmin) （）式中 N轉(zhuǎn)數(shù)(r)； t對(duì)應(yīng)的時(shí)間(min)這種低轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法，在任何場(chǎng)合下都可方便地采用。但應(yīng)注意計(jì)時(shí)操作誤差。這種測(cè)量方法，隨著轉(zhuǎn)速的變低，所花的測(cè)量時(shí)間就越多。由式()可知，這種測(cè)量誤差，除了計(jì)時(shí)秒表的基本誤差外，主要來(lái)自操作

6、誤差，即在讀取轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，由秒表的配合操作誤差以及讀取轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的視覺(jué)誤差等所引起的。采取讀轉(zhuǎn)速和計(jì)時(shí)由同一個(gè)測(cè)量者進(jìn)行，可以減少這種誤差；增長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，也是減少測(cè)量誤差的一種辦法。例如：在測(cè)量轉(zhuǎn)速N時(shí)的視覺(jué)誤差為，而計(jì)時(shí)操作誤差為，則，若測(cè)量時(shí)間增加K倍，則，當(dāng)測(cè)量時(shí)間的倍數(shù)K越大，則和就越小，測(cè)量結(jié)果就越精確。當(dāng)然這有一個(gè)前提，就是在整個(gè)測(cè)量期間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速一直是均勻的。應(yīng)該注意到，在用這種測(cè)量方法時(shí)，必須以讀取轉(zhuǎn)速為整數(shù)，把時(shí)間t帶有小數(shù)的辦法為宜。如果以讀取時(shí)間t為整數(shù)，必然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)數(shù)不一定是整數(shù)，這將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差的增大。(2)脈沖計(jì)數(shù)法 將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)，送到計(jì)數(shù)器(或頻率計(jì))中計(jì)數(shù)的辦

7、法測(cè)定轉(zhuǎn)速，稱為脈沖計(jì)數(shù)法。令轉(zhuǎn)速為n(r/min)：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖為m個(gè)；計(jì)數(shù)時(shí)間為t，它由一個(gè)控制門控制，如圖所示。圖2.1.3脈沖計(jì)數(shù)法原理圖此時(shí)計(jì)數(shù)器記錄的脈沖數(shù)為M，則 ()這種測(cè)量方法，也適用于測(cè)高轉(zhuǎn)速。應(yīng)該指出，測(cè)量高轉(zhuǎn)速時(shí)，門電路的開門與關(guān)門時(shí)間對(duì)計(jì)數(shù)器是有影響的，將是造成測(cè)量誤差的原因之一。上述兩種測(cè)量方法，所得的測(cè)量結(jié)果均為在測(cè)量時(shí)間t內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速值，不是瞬時(shí)值。所以對(duì)于評(píng)價(jià)穩(wěn)速系統(tǒng)的穩(wěn)速精度而言，并不是合適的。從穩(wěn)速的角度看，減少測(cè)量時(shí)間反而是有利的。4小功率電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量對(duì)于1kw以下，通常為幾十瓦的小功率電機(jī)，若采用接觸式轉(zhuǎn)速表相當(dāng)于在電機(jī)的軸上加了一個(gè)相當(dāng)大的負(fù)載，

8、于是電機(jī)的轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，嚴(yán)重影響測(cè)量的精確性。因此必須采用非接觸式轉(zhuǎn)速表，至于其測(cè)定方法，可以來(lái)用本節(jié)“低轉(zhuǎn)速的測(cè)量”中所述的辦法進(jìn)行。5.簡(jiǎn)易轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)根據(jù)現(xiàn)有條件的限制，在實(shí)訓(xùn)中經(jīng)常用的轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，測(cè)速發(fā)電機(jī)外帶的電位器可將轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)變換成大小合適的電壓信號(hào)。其具體連接方法為圖。6.測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的機(jī)電式元件。它的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，即或者測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓能表征轉(zhuǎn)速，因而可用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速；測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間的微分，在解算裝置中可以把它作為微分或積分元件。在空載時(shí)，直流

9、測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓就是電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。顯然輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。6.1.2.誤差分析直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速要嚴(yán)格保持正比關(guān)系在實(shí)際中是難以做到的，造成非線性誤差的原因主要有以下三個(gè)方面：（1）電樞反應(yīng)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞電流會(huì)產(chǎn)生電樞反應(yīng)，電樞反應(yīng)的去磁作用使氣隙磁通減小，使輸出電壓減小。從輸出特性看，斜率將減小，而且電樞電流越大，電樞反應(yīng)的去磁作用越顯著，輸出特性斜率減小越明顯，輸出特性直線變?yōu)榍€。一般應(yīng)用時(shí)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電流要盡量小，這樣才能減小電樞反應(yīng)的影響，獲得較好的測(cè)速效果。（2）溫度的影響假如直流測(cè)速發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期使用，其勵(lì)磁繞組會(huì)發(fā)熱，其繞組阻值隨溫度的升高而增大，

10、勵(lì)磁電流因此而減小，從而引起氣隙磁通減小，輸出電壓減小，特性斜率減小。溫度升得越高，斜率減小越明顯，使特性向下彎曲?？稍趧?lì)磁回路中串接一個(gè)阻值較大而溫度系數(shù)較小的錳銅或康銅電阻，以減小由于溫度的變化而引起的電阻變化，從而減小因溫度而產(chǎn)生的線性誤差。（3）接觸電阻假如電樞電路總電阻包括電刷與換向器的接觸電阻，那么輸出電壓受接觸電阻壓降影響總是隨負(fù)載電流變化而變化，當(dāng)輸入的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，接觸電阻較大，使此時(shí)本來(lái)就不大的輸出電壓變得更小，造成的線性誤差很大；當(dāng)電流較大的，接觸電阻較小而且基本上趨于穩(wěn)定的數(shù)值，線性誤差相對(duì)而言小得多。另外，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是一個(gè)脈動(dòng)電壓，其交變分量對(duì)速度反饋控制系統(tǒng)

11、、高精度的解算裝置有較明顯的影響。6.2.交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)分為同步測(cè)速發(fā)電機(jī)和異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中異步測(cè)速發(fā)電機(jī)使用較廣泛。6.2.1.交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)?？招谋D(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子上有兩個(gè)在空間上互差90°電角度的繞組，一為勵(lì)磁繞組，另一為輸出繞組。空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)原理當(dāng)定子勵(lì)磁繞組外接頻率為f的恒壓交流電源u，勵(lì)磁繞組中有電流i流過(guò)，在直軸上產(chǎn)生以頻率f脈振的磁通。在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，脈振磁通在空心杯轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電勢(shì)（空心

12、杯轉(zhuǎn)子可以看成有無(wú)數(shù)根導(dǎo)條的籠式轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于變壓器短路時(shí)的二次繞組，而勵(lì)磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組），產(chǎn)生的磁場(chǎng)與勵(lì)磁電源同頻率的脈振磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割直軸磁通，在杯型轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，其大小正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并以勵(lì)磁磁場(chǎng)的脈振頻率交變，又因空心杯轉(zhuǎn)子相當(dāng)于短路繞組，故旋轉(zhuǎn)電勢(shì)在杯型轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生交流短路電流，若忽視杯型轉(zhuǎn)子的漏抗的影響，那么此短路電流所產(chǎn)生的脈振磁通在空間位置上與輸出繞組的軸線一致，因此轉(zhuǎn)子脈振磁場(chǎng)與輸出繞組相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。輸出繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)實(shí)際就是交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的空載電壓，其大小正比于轉(zhuǎn)速，其頻率為勵(lì)磁電源的頻率。6.2.2誤差分析交流異步測(cè)速

13、發(fā)電機(jī)的誤差主要有三種：非線性誤差、剩余電壓和相位誤差。7.光電編碼器的原理與應(yīng)用7.0引言光電編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式位置傳感器，在現(xiàn)代伺服系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用于角位移或角速率的測(cè)量，它的轉(zhuǎn)軸通常與被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸連接，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。它能將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼或一串脈沖。光電編碼器分為絕對(duì)式和增量式兩種類型。增量式光電編碼器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、精度高、響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更為廣泛。在高分辨率和大量程角速率位移測(cè)量系統(tǒng)中，增量式光電編碼器更具優(yōu)越性。絕對(duì)式編碼器能直接給出對(duì)應(yīng)于每個(gè)轉(zhuǎn)角的數(shù)字信息，便于計(jì)算機(jī)處理，但當(dāng)進(jìn)給數(shù)大于一轉(zhuǎn)時(shí)，須作特別處理，而且必須用減速齒輪將兩個(gè)以上

14、的編碼器連接起來(lái)，組成多級(jí)檢測(cè)裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。7.1增量式編碼器增量式光電編碼器的結(jié)構(gòu)增量式編碼器是指隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的碼盤給出一系列脈沖，然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向用計(jì)數(shù)器對(duì)這些脈沖進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，以此來(lái)表示轉(zhuǎn)過(guò)的角位移量。增量式光電編碼器結(jié)構(gòu)示意圖如圖7.1所示。圖7.1增量式光電碼盤結(jié)構(gòu)示意圖光電碼盤與轉(zhuǎn)軸連在一起。碼盤可用玻璃材料制成，表面鍍上一層不透光的金屬鉻，然后在邊緣制成向心的透光狹縫。透光狹縫在碼盤圓周上等分，數(shù)量從幾百條到幾千條不等。這樣，整個(gè)碼盤圓周上就被等分成n個(gè)透光的槽。增量式光電碼盤也可用不銹鋼薄板制成，然后在圓周邊緣切割出均勻分布的透光槽。增量式編碼器的工作原理增量式編碼

15、器的工作原理如圖7.2所示。它由主碼盤、鑒向盤、光學(xué)系統(tǒng)和光電變換器組成。在圖形的主碼盤（光電盤）周邊上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，形成均勻分布的透明區(qū)和不透明區(qū)。鑒向盤與主碼盤平行，并刻有a、b兩組透明檢測(cè)窄縫，它們彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距，以使A、B兩個(gè)光電變換器的輸出信號(hào)在相位上相差90°。工作時(shí)，鑒向盤靜止不動(dòng)，主碼盤與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，光源發(fā)出的光投射到主碼盤與鑒向盤上。當(dāng)主碼盤上的不透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對(duì)齊時(shí)，光線被全部遮住，光電變換器輸出電壓為最??；當(dāng)主碼盤上的透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對(duì)齊時(shí)，光線全部通過(guò)，光電變換器輸出電壓為最大。主碼盤每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)刻線周期，光電變換

16、器將輸出一個(gè)近似的正弦波電壓，且光電變換器A、B的輸出電壓相位差為90°。 圖7.2增量式編碼器工作原理                  圖7.3光電編碼器的輸出波形光電編碼器的光源最常用的是自身有聚光效果的發(fā)光二極管。當(dāng)光電碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線透過(guò)光電碼盤和光欄板狹縫，形成忽明忽暗的光信號(hào)。光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理電路后，向數(shù)控系統(tǒng)輸出脈沖信號(hào)，也可由數(shù)碼管直接顯示位移量。光電編碼器的測(cè)量準(zhǔn)

17、確度與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)n有關(guān)，能分辨的角度為：=360°/n（1）分辨率=1/n（2）例如：碼盤邊緣的透光槽數(shù)為1 024個(gè)，則能分辨的最小角度=360°/1 024=0.352°。為了判斷碼盤旋轉(zhuǎn)的方向，必須在光欄板上設(shè)置兩個(gè)狹縫，其距離是碼盤上的兩個(gè)狹縫距離的（m+1/4）倍，m為正整數(shù)，并設(shè)置了兩組對(duì)應(yīng)的光敏元件，如圖7.1中的A、B光敏元件，有時(shí)也稱為cos、sin元件。當(dāng)檢測(cè)對(duì)象旋轉(zhuǎn)時(shí)，同軸或關(guān)聯(lián)安裝的光電編碼器便會(huì)輸出A、B兩路相位相差90°的數(shù)字脈沖信號(hào)。光電編碼器的輸出波形如圖7.3所示。為了得到碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置，還須設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)

18、點(diǎn)，如圖1中的“零位標(biāo)志槽”。碼盤每轉(zhuǎn)一圈，零位標(biāo)志槽對(duì)應(yīng)的光敏元件產(chǎn)生一個(gè)脈沖，稱為“一轉(zhuǎn)脈沖”，見(jiàn)圖3中的C0脈沖。圖7.4給出了編碼器正反轉(zhuǎn)時(shí)A、B信號(hào)的波形及其時(shí)序關(guān)系，當(dāng)編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)A信號(hào)的相位超前B信號(hào)90°，如圖4(a)所示；反轉(zhuǎn)時(shí)則B信號(hào)相位超前A信號(hào)90°，如圖4(b)所示。A和B輸出的脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)角位移變化量成線性關(guān)系，因此，通過(guò)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)就能計(jì)算出相應(yīng)的角位移。根據(jù)A和B之間的這種關(guān)系正確地解調(diào)出被測(cè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角位移/速率，就是所謂的脈沖辨向和計(jì)數(shù)。脈沖的辨向和計(jì)數(shù)既可用軟件實(shí)現(xiàn)也可用硬件實(shí)現(xiàn)。圖7.4光電編碼器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)波形7.2絕

19、對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器是把被測(cè)轉(zhuǎn)角通過(guò)讀取編碼盤上的圖案信息直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)代碼的檢測(cè)元件。編碼盤有光電式、接觸式和電磁式三種。光電式碼盤是目前應(yīng)用較多的一種，它是在透明材料的圓盤上精確地印制上二進(jìn)制編碼。圖7.5所示為四位二進(jìn)制的碼盤，碼盤上各圈圓環(huán)分別代表一位二進(jìn)制的數(shù)字碼道，在同一個(gè)碼道上印制黑白等間隔圖案，形成一套編碼。黑色不透光區(qū)和白色透光區(qū)分別代表二進(jìn)制的“0”和“1”。在一個(gè)四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，每一個(gè)碼道表示二進(jìn)制的一位，里側(cè)是高位，外側(cè)是低位，在360°范圍內(nèi)可編數(shù)碼數(shù)為24=16個(gè)。工作時(shí)，碼盤的一側(cè)放置電源，另一邊放置光電接受裝置，每個(gè)碼道都對(duì)應(yīng)有一個(gè)光

20、電管及放大、整形電路。碼盤轉(zhuǎn)到不同位置，光電元件接受光信號(hào)，并轉(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)放大整形后，成為相應(yīng)數(shù)碼電信號(hào)。但由于制造和安裝精度的影響，當(dāng)碼盤回轉(zhuǎn)在兩碼段交替過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)誤差。例如，當(dāng)碼盤順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，由位置“0111”變?yōu)椤?000”時(shí)，這四位數(shù)要同時(shí)都變化，可能將數(shù)碼誤讀成16種代碼中的任意一種，如讀成1111、1011、1101、0001等，產(chǎn)生了無(wú)法估計(jì)的很大的數(shù)值誤差，這種誤差稱非單值性誤差。為了消除非單值性誤差，可采用以下的方法。循環(huán)碼盤（或稱格雷碼盤）圖7.5四位二進(jìn)制的碼盤       

21、0;             圖7.6四位二進(jìn)制循環(huán)碼盤循環(huán)碼習(xí)慣上又稱格雷碼，它也是一種二進(jìn)制編碼，只有“0”和“1”兩個(gè)數(shù)。圖7.6所示為四位二進(jìn)制循環(huán)碼。這種編碼的特點(diǎn)是任意相鄰的兩個(gè)代碼間只有一位代碼有變化，即“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”。因此，在兩數(shù)變換過(guò)程中，所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差最多不超過(guò)“1”，只可能讀成相鄰兩個(gè)數(shù)中的一個(gè)數(shù)。所以，它是消除非單值性誤差的一種有效方法。2.2帶判位光電裝置的二進(jìn)制循環(huán)碼盤這種碼盤是在四位二進(jìn)制循環(huán)碼盤的最外圈再增加一圈信號(hào)位。圖

22、7.7所示就是帶判位光電裝置的二進(jìn)制循環(huán)碼盤。該碼盤最外圈上的信號(hào)位的位置正好與狀態(tài)交線錯(cuò)開，只有當(dāng)信號(hào)位處的光電元件有信號(hào)時(shí)才讀數(shù)，這樣就不會(huì)產(chǎn)生非單值性誤差。圖7.7帶判位光電裝置的二進(jìn)制循環(huán)碼盤 7.3編碼器的應(yīng)用角編碼器除了能直接測(cè)量角位移或間接測(cè)量直線位移外，還可以測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速。由于增量式角編碼器的輸出信號(hào)是脈沖形式，因此，可以通過(guò)測(cè)量脈沖頻率或周期的方法來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。角編碼器可代替測(cè)速發(fā)電機(jī)的模擬測(cè)速，而成為數(shù)字測(cè)速裝置。M法和T法測(cè)速原理如圖7.8所示。圖7.8 M法和T法測(cè)速原理在一定的時(shí)間間隔tc內(nèi)（又稱閘門時(shí)間，如10 s、1 s、0.1 s等），用角編碼器所產(chǎn)生的

23、脈沖數(shù)來(lái)確定速度的方法稱為M法測(cè)速。若角編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個(gè)脈沖，在閘門時(shí)間間隔tc內(nèi)得到m1個(gè)脈沖，則角編碼器所產(chǎn)生的脈沖頻率f為：例如：某角編碼器的指標(biāo)為2 048個(gè)脈沖/r（即N2 048 P/r），在0.2 s時(shí)間內(nèi)測(cè)得8 K脈沖（1 K=1 024），即ts=0.2 s，m1=8 K=8 192個(gè)脈沖，f8192/0.2 s40960 Hz，則：角編碼器軸的轉(zhuǎn)速為：M法測(cè)速主要應(yīng)用于要求轉(zhuǎn)速較快，否則計(jì)數(shù)值較少，測(cè)量準(zhǔn)確度較低。工位編碼由于絕對(duì)式編碼器每一轉(zhuǎn)角位置均有一個(gè)固定的編碼輸出，若編碼器與轉(zhuǎn)盤同軸相連，則轉(zhuǎn)盤上每一工位安裝的被加工工件均可有一個(gè)編碼相對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)盤工位編碼原理圖如圖

24、9所示。當(dāng)轉(zhuǎn)盤上某一工位轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)時(shí)，該工位對(duì)應(yīng)的編碼由編碼器輸出給控制系統(tǒng)。圖7.9轉(zhuǎn)盤工位編碼原理圖例如要使處于工位4上的工件轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)等待鉆孔加工，計(jì)算機(jī)就控制電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，絕對(duì)式編碼器（假設(shè)為4碼道）輸出的編碼不斷變化。設(shè)工位1的絕對(duì)二進(jìn)制碼為0000，當(dāng)輸出從工位3的0100，變?yōu)?110時(shí)，表示轉(zhuǎn)盤已將工位4轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。光電編碼器在重力測(cè)量?jī)x中的應(yīng)用采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，其轉(zhuǎn)軸與重力測(cè)量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕軸相連。將重力測(cè)量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕的角位移量轉(zhuǎn)化為某種電信號(hào)量進(jìn)行測(cè)量。光電編碼器在傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 所謂傳動(dòng)控制系統(tǒng)就是對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確控制，以便控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行特征這樣一種控制系統(tǒng)。光電編碼器可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角以及位移的測(cè)量與控制，這是最常見(jiàn)的一種應(yīng)用。應(yīng)用實(shí)例以EPC-755A光電編碼器的應(yīng)用為例。該光電編碼器在角度測(cè)量、位移測(cè)量時(shí)抗干擾能力很強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被測(cè)量的數(shù)字信號(hào)。因此，在研制汽車駕駛模擬器時(shí)，對(duì)方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量選用EPC-755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路型，輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈，考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)