傳感器8 數(shù)字式

1、數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器勤樸忠實數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器是能夠把被測模擬量直接轉換為數(shù)字是能夠把被測模擬量直接轉換為數(shù)字量輸出的裝置，可直接與計算機系統(tǒng)相連。量輸出的裝置，可直接與計算機系統(tǒng)相連。數(shù)字式傳感器具有以下數(shù)字式傳感器具有以下優(yōu)點優(yōu)點：w測量精度和分辨率高；測量精度和分辨率高；w抗干擾能力強，穩(wěn)定性好；抗干擾能力強，穩(wěn)定性好；w易于和計算機連接，便于信號處理和實現(xiàn)自動化測易于和計算機連接，便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量；量；w適宜于遠距離傳輸。適宜于遠距離傳輸。w可以減少讀數(shù)誤差可以減少讀數(shù)誤差數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器 v 分類：分類： 脈沖脈沖輸出式：柵式數(shù)字傳感器、感應同步器、增量

2、編碼器；輸出式：柵式數(shù)字傳感器、感應同步器、增量編碼器； 編碼編碼輸出式：絕對編碼器；輸出式：絕對編碼器； 頻率頻率輸出式：振弦式、振筒式和振膜式；輸出式：振弦式、振筒式和振膜式；v 本節(jié)介紹精密位移測量中廣泛應用的本節(jié)介紹精密位移測量中廣泛應用的編碼器編碼器的工作原理和的工作原理和測量電路。測量電路。v 編碼器包括碼盤和碼尺。前者用于測角度，后者用于測長編碼器包括碼盤和碼尺。前者用于測角度，后者用于測長度度v 編碼器編碼器以其高精度、高分辨率和高可靠性而被廣泛用于各以其高精度、高分辨率和高可靠性而被廣泛用于各種位移測量。種位移測量。v 角度編碼器角度編碼器是測量角位移的最直接、最有效的數(shù)字式

3、傳感是測量角位移的最直接、最有效的數(shù)字式傳感器，它把角位移直接轉換成器，它把角位移直接轉換成脈沖脈沖或或二進制編碼二進制編碼，分為，分為增量增量編碼器（脈沖盤式）編碼器（脈沖盤式）和和絕對編碼器（碼盤式）絕對編碼器（碼盤式）。v 按結構分為按結構分為光電式光電式、接觸式和電磁式三種。、接觸式和電磁式三種。v 光電式編碼器是在透明材料的圓盤上精確地印制上二進制光電式編碼器是在透明材料的圓盤上精確地印制上二進制編碼編碼“0或或1”不透光或透光區(qū)域。不透光或透光區(qū)域。 光電式具有非接觸、光電式具有非接觸、體積小、分辨率高、可靠性好、使用方便等特點，在數(shù)控體積小、分辨率高、可靠性好、使用方便等特點，在

4、數(shù)控機床、機器人位置控制等領域有廣泛應用。機床、機器人位置控制等領域有廣泛應用。v 編碼器又可分為編碼器又可分為增量編碼器增量編碼器和和絕對編碼器絕對編碼器。1、工作原理v 用光電方法把被測角位移轉換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號的轉換部件。1光源光源 2柱面鏡柱面鏡 3碼盤碼盤 4狹縫狹縫 5元件元件 （1）絕對編碼器）絕對編碼器 光源1發(fā)出光線，經過柱面鏡2變成一束平行光或會聚光，照射到碼盤3上。 光電編碼器的碼盤通常是一塊光學玻璃。其上刻有許多同心碼道，每位碼道上都有按一定規(guī)律排列的若干透光和不透光的圖形，即亮區(qū)和暗區(qū)。 通過亮區(qū)的光線經狹縫4后，形成一束很窄的光束照到元件5上。 光電元件

5、的排列與碼道一一對應。當有光照時，對應亮區(qū)和暗區(qū)的光電元件輸出相反。標準二進制編碼器標準二進制編碼器(8421碼盤碼盤) 紅色不透光紅色不透光“0” 四位光電碼盤上，有四四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，在圓周范圍內圈數(shù)字碼道，在圓周范圍內編碼數(shù)為編碼數(shù)為24=16個。個。 每個數(shù)位都對應有一個每個數(shù)位都對應有一個光電器件及放大、整形電路。光電器件及放大、整形電路。碼盤轉到不同位置，光電元碼盤轉到不同位置，光電元件接受光信號，并轉成相應件接受光信號，并轉成相應的電信號，經放大整形后，的電信號，經放大整形后，成為相應數(shù)字信號。成為相應數(shù)字信號。角度分辨率為：角度分辨率為：n23602、8421編碼

6、盤編碼盤分辨率為：分辨率為：n21（1）n位位(n個碼道個碼道)的二進制碼盤具有的二進制碼盤具有2n種不同編碼，稱其種不同編碼，稱其容量為容量為2n， 其最小分辨力其最小分辨力136002n，它的最外圈角節(jié)，它的最外圈角節(jié)距為距為21；（2）二進制碼為有權碼，編碼）二進制碼為有權碼，編碼Cn,Cn-1，C1對應于由零對應于由零位算起的轉角為：位算起的轉角為：（3）碼盤轉動中，）碼盤轉動中，CK變化時，所有變化時，所有Cj(jK)應同時變化。應同時變化。特點：特點：1112iniiCradn642111099. 210717. 123602360v 例1：一個21碼道的循環(huán)碼盤，其最小分辨力1是

7、多少？若一個角1對應圓弧長度至少為0.001mm，問碼盤直徑多少？解：由碼盤分辨率公式可知： 碼盤直徑D=2r=2L/1,其中L表示圓弧長度，L=0.001mm，則： D=2r=668mm二進制碼盤的粗大誤差及消除 v要求各個碼道刻劃精確，彼此對準，這給碼盤要求各個碼道刻劃精確，彼此對準，這給碼盤制作造成很大困難。制作造成很大困難。由于微小的制作誤差，只由于微小的制作誤差，只要有要有個碼道提前或延后改變，就可能造成輸個碼道提前或延后改變，就可能造成輸出的粗大誤差。出的粗大誤差。 例如，當碼盤由位置例如，當碼盤由位置“0111”變?yōu)樽優(yōu)椤?000”時時四四位數(shù)要同時變化，可能將數(shù)碼誤讀成位數(shù)要同

8、時變化，可能將數(shù)碼誤讀成1111、1011、1101、0001等，產生無法估計的數(shù)值誤差，這等，產生無法估計的數(shù)值誤差，這種誤差稱為種誤差稱為非單值性誤差。非單值性誤差。(a) 四位二進制碼盤展開圖四位二進制碼盤展開圖 (b) 采用雙讀數(shù)頭消除粗大誤差的示意圖采用雙讀數(shù)頭消除粗大誤差的示意圖 v消除粗大誤差方法：消除粗大誤差方法：雙讀數(shù)頭法雙讀數(shù)頭法，循環(huán)碼代替二進制碼循環(huán)碼代替二進制碼雙讀數(shù)頭的缺點是讀數(shù)頭的個數(shù)增加了一倍。當編碼器位雙讀數(shù)頭的缺點是讀數(shù)頭的個數(shù)增加了一倍。當編碼器位數(shù)很多時，光電元件安裝位置也有困難。數(shù)很多時，光電元件安裝位置也有困難。 實際絕對編碼器常采用實際絕對編碼器常

9、采用二進制循環(huán)碼盤（格雷編碼盤）；二進制循環(huán)碼盤（格雷編碼盤）；葛萊編碼盤葛萊編碼盤 任意相鄰的兩個代碼任意相鄰的兩個代碼間只有一位代碼有變化，間只有一位代碼有變化，即由即由“0”變?yōu)樽優(yōu)椤?”或或“1”變?yōu)樽優(yōu)椤?”。 因此，讀數(shù)誤差最多因此，讀數(shù)誤差最多不超過不超過“1”，只可能讀，只可能讀成相鄰兩個數(shù)中的一個成相鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)數(shù)有效消除非單值性有效消除非單值性誤差。誤差。 格雷編碼盤格雷編碼盤(1)n位循環(huán)碼碼盤具有位循環(huán)碼碼盤具有 種不同編碼；種不同編碼；(2)循環(huán)碼碼盤具有軸對稱性，其最高位相反，其余各位相同；循環(huán)碼碼盤具有軸對稱性，其最高位相反，其余各位相同；(3)循環(huán)碼為無權

10、碼；循環(huán)碼為無權碼；(4)循環(huán)碼碼盤轉到相鄰區(qū)域時，編碼中只有一位發(fā)生變化，循環(huán)碼碼盤轉到相鄰區(qū)域時，編碼中只有一位發(fā)生變化， 不會產生粗誤差。不會產生粗誤差。 循環(huán)編碼需要進行二進制碼轉換。循環(huán)編碼需要進行二進制碼轉換。特點特點n2二進制碼與循環(huán)碼的轉換二進制碼與循環(huán)碼的轉換iiiiiinnCCRRCCRC114位二進制碼與循環(huán)碼的對照表位二進制碼與循環(huán)碼的對照表不同為1相同為0角度位置二進制碼十進制碼格雷碼0.022.545.067.590.0112.5135.0157.5180.0202.5225.0247.5270.0292.5315.0337.5ABCDEFGHIJKLMNOp000

11、0000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111012345678910111213141500000001001100100110011101010100110011011111111010101011100110004位絕對碼光電編碼器碼制位絕對碼光電編碼器碼制（3）光電編碼器分辨率提高方法）光電編碼器分辨率提高方法v 倍頻法 在增量式編碼器中，采用電路細分技術，不改變編碼器內部結構，對輸出脈沖進行倍頻電路處理，以提高分辨率和抗干擾能力。元件有信號才能讀數(shù)，這樣就不會產生非單值性誤差。信號位信號位 v 插值法 在已具有14條（位）碼道的碼盤上增加一條專用附加碼道。碼盤最外圈上的信號位的位置正好與狀態(tài)交線錯開，只有信號位處的光電1、典型產品應用介紹 圖1024所示為LEC型 小型光電增量編碼器的 外形圖。每轉輸出脈沖 數(shù)為205000，最大允 許轉速為5000rmin。（3 3）光電增量編碼器的應用光電增量編碼器的應用2、測轉速v 除了測量角位移，還可通過脈沖測量轉速。除了測量角位移，還可通過脈沖測量轉速。f為脈沖頻率：為脈沖頻率： 每轉產生每轉產生N個脈沖，在個脈沖，在T 時間內測時間內測得得m個脈沖，則轉速為：個脈沖，則轉速為：6060(r/min)fm