機電一體化技術(shù)-23-機電一體化的單元技術(shù)-傳感檢測技術(shù)-1課件

第2章機電一體化的單元技術(shù)

2.3傳感檢測技術(shù)2.3.1傳感器的分類及特性2.3.2位移檢測傳感器第2章機電一體化的單元技術(shù)

2.3傳感檢測技術(shù)2.3.1傳感器的分類及特性1.傳感器工作機理傳感器的工作機理是基于各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)等，并受相應(yīng)的定律和法則支配。了解這些定律和法則有助于對傳感器本質(zhì)的理解和對新效應(yīng)傳感器的開發(fā)。＊守恒定律：包括能量、動量、電荷量等守恒定律。＊場的定律：如重力場、靜電場、磁場等。遵守場定律的傳感器可稱為“結(jié)構(gòu)型傳感器”＊物質(zhì)定律：表示物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律。遵守物質(zhì)定律的傳感器稱為“物性型傳感器”2.3.1傳感器的分類及特性1.傳感器工作機理＊統(tǒng)計法則：把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的法則。2.傳感器的分類＊統(tǒng)計法則：把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的法則。按被測量分類

該分類法明確了傳感器的用途，便于使用者選擇傳感器，如位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、速度傳感器等。溫度傳感器壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移傳感器按被測量分類溫度傳感器壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移按工作原理分類該分類法清楚地表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器的設(shè)計和應(yīng)用，如電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式傳感器等。壓電式加速度傳感器激光位移傳感器光纖式位移傳感器超聲波位移傳感器電感式位移傳感器按工作原理分類壓電式加速度傳感器激光位移傳感器光纖式位移傳感＊按工作機理分類

▽物性型：依靠敏感元件本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。如壓阻式傳感器、壓電式傳感器等。

▽結(jié)構(gòu)型：依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。如電容式、電感式傳感器等。＊按基本效應(yīng)分類▽物理型：利用某些變換元件的物理性質(zhì)或某些功能材料的特殊性能制成的傳感器。如PN溫度傳感器。

＊按工作機理分類▽化學(xué)型：利用電化學(xué)反應(yīng)原理把有機和無機的化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。如接觸燃燒氣敏傳感器等。▽生物型：利用生物功能物質(zhì)作識別器件制成的傳感器。如酸度計傳感器等。＊按能量轉(zhuǎn)換關(guān)系分類▽能量轉(zhuǎn)換型（無源型、發(fā)電型或主動型傳感器）

不需要外加電源而將被測量轉(zhuǎn)化為電量輸出，但其負載能力有限，應(yīng)用時需要注意。如熱電偶、壓電式傳感器等。

▽化學(xué)型：利用電化學(xué)反應(yīng)原理把有機和無機的化學(xué)物質(zhì)的成分

▽能量控制型（有源型、被動型傳感器）

需要外加電源才能將被測信號轉(zhuǎn)換為電量，能量控制型傳感器本身參數(shù)的改變（如電阻、電容、電感）不起換能作用。＊按輸出信號的形式分類

▽模擬式：傳感器輸出模擬信號。大多傳感器如此▽數(shù)字式：傳感器輸出數(shù)字信號。如編碼器式傳感器。

工程習(xí)慣上常根據(jù)工作原理和被測量量命名傳感器，電感式位移傳感器，電容式加速度傳感器等。▽能量控制型（有源型、被動型傳感器）

計數(shù)型（二次型+計數(shù)型）

電壓，電流型（熱電偶,Cds電池）電感，電容型（可變電容）有接點型(微動開關(guān)，接觸開關(guān)，行程開關(guān))

傳感器

電阻型（電位器，電阻應(yīng)變片）非電量型二值型電量無接點型(光電開關(guān)，接近開關(guān))模擬型數(shù)字型代碼型（旋轉(zhuǎn)編碼器，磁尺）計數(shù)型（二次型+計數(shù)型）有3.傳感器數(shù)學(xué)模型（描述方法）

傳感器作為感受被測量信息的器件，總希望它能按照一定的規(guī)律輸出有用信號，因此，需要研究其輸出-輸入關(guān)系及特性。最有效的描述方法是傳感器的數(shù)學(xué)模型。由于傳感器可以測量時不變信號和時變信號，所以應(yīng)該以帶隨機變量的作為數(shù)學(xué)非線性微分方程模型。這樣在數(shù)學(xué)上有困難，所以，實際上把傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分開考慮，從而有靜態(tài)模型和動態(tài)模型。3.傳感器數(shù)學(xué)模型（描述方法）1.靜態(tài)數(shù)學(xué)模型指在靜態(tài)信號作用下（即輸入量對時間t的各階導(dǎo)數(shù)等于0）得到的數(shù)學(xué)模型。其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為1.靜態(tài)數(shù)學(xué)模型(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)表示輸出與輸入量之間的關(guān)系曲線稱為特性曲線(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)表示輸出與輸2.動態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是指傳感器在受到時變輸入量作用時，其輸出－輸入之間的關(guān)系，通常稱為響應(yīng)特性。有些傳感器雖然有良好的靜態(tài)特性，但由于傳感器總存在著彈性、慣性、阻尼等因素，使傳感器的輸出量不僅與輸入量有關(guān)，而且還與輸入量的變化速度等有關(guān)，所以將導(dǎo)致嚴重的動態(tài)誤差，這就必須認真研究傳感器的動態(tài)響應(yīng)特性，為此建立的數(shù)學(xué)模型稱為動態(tài)模型。常用的動態(tài)方程有：微分方程、傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)。2.動態(tài)數(shù)學(xué)模型（1）微分方程（時域內(nèi)）優(yōu)點：通過解微分方程易于分清暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。通解僅與傳感器本身特性及初始條件有關(guān)；特解不僅與傳感器的特性有關(guān)，而且還與輸入量有關(guān)。缺點：求解麻煩，尤其是通過增減環(huán)節(jié)來改善傳感器的特性時顯得更不方便。（1）微分方程（時域內(nèi)）優(yōu)點：通過解微分方程易于分清暫態(tài)響應(yīng)（2）傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)域內(nèi)）

在數(shù)學(xué)上，如果運用拉普拉斯變換將時域的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，就得到傳遞函數(shù)。上述微分方程在初始條件為零時，輸出y(t)拉氏變換Y(S)和輸入x(t)的拉氏變換X(S)之比，即為傳遞函數(shù)G(S)。其中

傳遞函數(shù)G(S)用于描述系統(tǒng)本身固有的特性，而與輸入量無關(guān)。（2）傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)域內(nèi)）在數(shù)學(xué)上，如果運用拉（3）頻率響應(yīng)函數(shù)（頻域內(nèi)）對于傳感器或系統(tǒng)，其頻率響應(yīng)函數(shù)為：初始條件為零時，輸出的傅立葉變換和輸入的傅里葉變換之比，即如將G(jω)的實部和虛部分開，則有

G(jω)=P(ω)+jQ(ω)其中，P(ω)和Q(ω)都是ω的實函數(shù)，以頻率ω為橫坐標，以P(ω)和Q(ω)為縱坐標所繪的圖形分別稱為系統(tǒng)的實頻特性圖與虛頻特性圖。又若將G(jω)寫成G(jω)=A(ω)ejφ(ω)

其中（3）頻率響應(yīng)函數(shù)（頻域內(nèi)）對于傳感器或系統(tǒng)，其頻率響應(yīng)函數(shù)分別稱為幅頻特性和相頻特性。分別稱為幅頻特性和相頻特性。4.傳感器的特性分析

傳感器的特性主要是指其輸出與輸入之間的關(guān)系，有靜特性和動特性之分。傳感器的靜特性靜特性是指傳感器在輸入量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出與輸入關(guān)系，即當輸入量是常量或變化極慢時，輸出與輸入的關(guān)系。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標有線性度、重復(fù)性、遲滯、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、漂移、精確度等。4.傳感器的特性分析傳感器的特性主要是指其輸出與輸入

（1）線性度標定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。若在標稱（全量程）輸出范圍A內(nèi)，標定曲線偏離擬合直線的最大偏差為B，則定義非線性度為線性度=(B/A)×100%

線性度圖擬合直線（理論直線法、端點平移法、端點線法、最小二乘法）該如何確定，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標準。較常用的是最小二乘法。線性度圖擬合直線（理論直線法、端點（2）遲滯

傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中輸出輸入曲線不重合程度稱為遲滯。遲滯誤差一般以正反行程中輸出的最大偏差量與滿量程輸出之比的百分數(shù)表示，即

遲滯特性遲滯特性一般由實驗方法確定。（2）遲滯遲滯特性遲滯特性一般由實驗方法確定。（3）重復(fù)性指傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得的特性曲線不一致的程度。重復(fù)性誤差常用滿量程輸出的百分數(shù)表示。

正行程的最大重復(fù)性偏差為△Rmax1，反行程的最大重復(fù)性偏差為△Rmax2

。重復(fù)性誤差取這兩個最大偏差之中較大者為△Rmax，與滿量程輸出之比的百分數(shù)表示，即

（3）重復(fù)性正行程的最大重復(fù)性偏差（4）靈敏度傳感器輸出的變化量與引起此變化量的輸入變化量之比即為其靈敏度。靈敏度表示傳感器對被測變化量的反應(yīng)能力。線性傳感器的靈敏度就是擬合直線的斜率，即非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，可表示為（4）靈敏度非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，可表示為（5）分辨力與閾值

分辨力是指傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出被測輸入量的最小變化值。有時對該值用相對滿量程輸入值之百分數(shù)表示，則稱為分辨率。

閾值是使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零點附近的分辨力。有些傳感器在零位附近有嚴重的非線性，形成所謂“死區(qū)”，則將該“死區(qū)”的大小作為閾值。（5）分辨力與閾值（6）穩(wěn)定性

穩(wěn)定性又稱長期穩(wěn)定性，即傳感器在長時間內(nèi)保持其原性能的能力。穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過規(guī)定時間間隔后，傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異來表示，有時也用標定的有效期來表示。（7）漂移

漂移是指在一定時間間隔內(nèi)，傳感器的輸出存在著與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移常包括零點漂移和靈敏度漂移。

（6）穩(wěn)定性

零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移和溫度漂移。時漂是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間有緩慢的變化；溫漂是指由周圍溫度變化所引起的零點或靈敏度的變化。（8）靜態(tài)誤差(精確度)

靜態(tài)誤差是指傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論輸出值的偏離程度。是系統(tǒng)誤差與隨機誤差綜合影響程度的評價指標。

零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移和溫度漂移。靜態(tài)誤差的求取方法如下：把全部校準數(shù)據(jù)與擬合直線上對應(yīng)值的殘差，看成是隨機分布，求出其標準偏差，即取2σ或3σ值即為傳感器的靜態(tài)誤差。靜態(tài)誤差是一項綜合性指標，它基本上包含了前述的非線性誤差、遲滯誤差、重復(fù)性誤差等。所以也可以把這幾個單項誤差綜合而得，即靜態(tài)誤差的求取方法如下：把全部校準數(shù)據(jù)與擬合直線上對應(yīng)值的殘

動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動態(tài)特性取決于傳感器本身及輸入信號的形式。因此，工程上常采用正弦函數(shù)和單位階躍函數(shù)作為“標準”信號函數(shù)，對傳感器的動態(tài)特性進行分析，從而確定評價傳感器動態(tài)特性的指標。傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性（1）頻率響應(yīng)特性

傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)為

對系統(tǒng)輸入正弦激勵信號x(x)=Asin(2πft)，在系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，測量輸出和輸入的幅值比和相位差。這樣可以得到頻率f下系統(tǒng)的傳輸特性。從系統(tǒng)的最低測量頻率fmin到系統(tǒng)的最高測量頻率fmax，按一定的增量方式逐步增加正弦激勵信號頻率f，記錄各頻率對應(yīng)的幅值比和相位差，繪制在圖上就可以得到系統(tǒng)的幅頻和相頻特性曲線。

對系統(tǒng)輸入正弦激勵信號x(x)=Asin(2πft)頻域指標可以用幅頻特性和相頻特性描述頻域指標可以用幅頻特性和相頻特性描述（2）階躍響應(yīng)特性對一階系統(tǒng)來說，對系統(tǒng)輸入階躍信號，測得系統(tǒng)的響應(yīng)信號。取系統(tǒng)輸出值達到最終穩(wěn)態(tài)值的63%所經(jīng)過的時間作為時間常數(shù)。

對二階系統(tǒng)來說，對系統(tǒng)輸入階躍信號，測得系統(tǒng)的響應(yīng)信號。從而可以測出系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)。

（2）階躍響應(yīng)特性二階系統(tǒng)的脈沖輸入和響應(yīng)

二階系統(tǒng)的階躍輸入和響應(yīng)

兩種典型的輸入響應(yīng)：二階系統(tǒng)的脈沖輸入和響應(yīng)二階系統(tǒng)的階躍輸入和響應(yīng)兩種典型5.傳感器的標定與校準傳感器的標定傳感器系統(tǒng)設(shè)計好后，其輸出與輸入的關(guān)系并不知道，只有通過標定才能獲得。利用標準設(shè)備產(chǎn)生已知的非電量（標準），或用基準量來確定傳感器電輸出與非電量輸入關(guān)系的過程，稱為標定。（1）標定設(shè)備標準信號發(fā)生器、輸出信號測試儀器。5.傳感器的標定與校準（2）靜態(tài)標定輸入已知標準非電量，測出傳感器的輸出，給出標定曲線、標定方程和標定常數(shù)，計算出傳感器（系統(tǒng)）的靜態(tài)特性。（3）動態(tài)標定用于確定傳感器的動態(tài)性能指標。傳感器的校準傳感器需要定期檢測其基本性能參數(shù)，以判定其是否可以繼續(xù)使用。若能繼續(xù)使用，則應(yīng)對其變化的主要指標進行修正。確定傳感器的測量精度的過程，稱之為傳感器的校準。（2）靜態(tài)標定機電一體化系統(tǒng)對檢測系統(tǒng)傳感器的基本要求

體積小、重量輕、對整機的適應(yīng)性好精度和靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、信噪比高安全可靠、壽命長便于與計算機連接不易受被測對象的影響，也不影響外部環(huán)境對環(huán)境條件適應(yīng)能力強現(xiàn)場處理簡單、操作性能好價格便宜機電一體化系統(tǒng)對檢測系統(tǒng)傳感器的基本要求

體積小、重量輕、對6.改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑

傳感器性能指標多方面，企圖要求各指標都很高，不論是設(shè)計或是制造都很困難，實際也沒有必要。在應(yīng)用時，可以確保主要性能指標，放寬次要性能指標，以提高傳感器的性價比。同時，在設(shè)計和使用傳感器時，還可以采取一些技術(shù)措施改善傳感器的性能。主要有：

1.差動技術(shù)

設(shè)有一傳感器，其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為用另一相同的傳感器，但使其輸入量符號相反，則6.改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑它的輸出為二者相減得于是，有消除了零位輸出；消除了偶次非線性項，得到對稱于原點的相當寬的近似線性范圍，減小了非線性；

靈敏度提高了一倍；抵消了共模誤差。以上即為差動技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于電阻式、電感式、電容式傳感器中。它的輸出為2.平均技術(shù)

常用的平均技術(shù)主要有誤差平均效應(yīng)和數(shù)據(jù)平均處理。

誤差平均效應(yīng)原理：利用n傳感器單元同時感受被測量，因而其輸出將是這些單元輸出的總和。假設(shè)每個單元帶來的隨機誤差為δ0，根據(jù)誤差理論，總的誤差將為誤差平均效應(yīng)在柵狀傳感器（光柵、感應(yīng)同步器、磁柵、容柵）得到廣泛應(yīng)用。

數(shù)據(jù)平均處理：在相同的條件下進行n次重復(fù)測量或n次采樣，然后進行數(shù)據(jù)平均處理，隨機誤差也將減小為2.平均技術(shù)3.穩(wěn)定性技術(shù)4.屏蔽、隔離與干擾抑制技術(shù)5.補償校正技術(shù)6.集成化與智能化技術(shù)7.合理選擇傳感器3.穩(wěn)定性技術(shù)2.3.2位移檢測傳感器

位移測量是直線位移測量和角位移測量的總稱，位移測量在機電一體化領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，這不僅因為在各種機電一體化產(chǎn)品戶常需位移測量，而且還因為速度、加速度力、壓力、扭矩等參數(shù)的測量都是以位移測量位移為基礎(chǔ)的。直線位移傳感器主要有：電感傳感器、差動變壓器傳感器、電容傳感器、感應(yīng)同步器和光柵,磁柵傳感器。角位移傳感器主要有：電容傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼盤等。2.3.2位移檢測傳感器位移測量是直線位移測量線位移檢測傳感器一、光柵位移傳感器二、感應(yīng)同步器線位移檢測傳感器一、光柵位移傳感器光柵傳感器

一、光柵的類型和結(jié)構(gòu)

計量光柵可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類，均由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。計量光柵按形狀又可分為長光柵和圓光柵。

光柵用于數(shù)控機床作為檢測裝置，已有幾十年的歷史，用以測量長度、角度、速度、加速度、振動和爬行等。其分辨率高達納米級,測量速度高達480m/min,測量行程高達100m.它是數(shù)控機床閉環(huán)系統(tǒng)用得較多的一種檢測裝置。光柵傳感器一、光柵的類型和結(jié)構(gòu)計量光柵可分為透射透射式光柵玻璃透射光柵

光源可垂直入射，信號幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)簡單;

刻線密度大100條/mm,細分后，分辨率達微米級;

易碎，熱膨脹系數(shù)與機床不一致，影響測量精度.透射式光柵玻璃透射光柵

光源可垂直入射，信號幅度大，透射式圓光柵固定透射式圓光柵固定反射式光柵金屬反射光柵

鋼尺、鋼帶照相腐蝕、鉆石刀刻劃熱膨脹系數(shù)與機床一致，安裝調(diào)整方便，易接長，不易碎反射式光柵金屬反射光柵尺身尺身安裝孔

反射式掃描頭掃描頭安裝孔可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)防塵保護罩的內(nèi)部為長光柵尺身尺身安裝孔反射式掃描頭掃描頭安裝孔掃描頭光柵尺可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）掃描頭光柵尺可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）光柵的構(gòu)造：標尺光柵（長光柵）

指示光柵（短光柵）光柵的構(gòu)造：標尺光柵（長光柵）

指示光柵（短光柵）莫爾條紋的光學(xué)放大作用

在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角θ。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。

光柵的刻線寬度W莫爾條紋的寬度LL≈W/θ

，（θ為主光柵和指示光柵刻線的夾角，弧度）

莫爾條紋的光學(xué)放大作用在透射式直線光柵中，把主光柵2、工作原理

把兩塊柵距W相等的光柵平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ時，這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱莫爾條紋，它們沿著與光柵條紋幾乎垂直的方向排列，如圖所示。2、工作原理把兩塊柵距W相等的光柵平行安裝，且讓它莫爾條紋具有如下特點：1.莫爾條紋的位移與光柵的移動成比例。光柵每移動過一個柵距W，莫爾條紋就移動過一個條紋間距B

2.莫爾條紋具有位移放大作用。莫爾條紋的間距B與兩光柵條紋夾角之間關(guān)系為3.莫爾條紋具有平均光柵誤差的作用。

莫爾條紋具有如下特點：

通過光電元件，可將莫爾條紋移動時光強的變化轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號，如圖所示。

亮度電壓光柵位移O光柵位移

光柵的實際亮度變化光柵的輸出波形圖通過光電元件，可將莫爾條紋移動時光強的變化轉(zhuǎn)換為近似其電壓為：其電壓為：辨向電路及波形

如果傳感器只安裝一套光電元件，則在實際應(yīng)用中，無論光柵作正向移動還是反向移動，光敏元件都產(chǎn)生相同的正弦信號，無法分辨位移的方向。

例：某1024p/r圓光柵，正轉(zhuǎn)10圈，反轉(zhuǎn)4圈，若不采取辨向措施，則計數(shù)器將錯誤地得到(10+4)×1024＝14336個脈沖，而正確值為：(10－4)×1024＝6144個脈沖。辨向電路及波形如果傳感器只安裝一套光電元件，則在提高光柵分辨精度的措施

1）提高刻線精度和增加刻線密度

2）倍頻常用四倍頻方案光柵刻線密度為50線／mm，采用4個光電元件和4個隙縫，每隔1／4光柵節(jié)距產(chǎn)生一個脈沖，分辨精度可提高四倍。

提高光柵分辨精度的措施

將此電壓信號放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信號，再經(jīng)辨向電路和可逆計數(shù)器計數(shù)，則可用數(shù)字形式顯示出位移量，位移量等于脈沖與柵距乘積。測量分辨率等于柵距。將此電壓信號放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信光柵在機床上的安裝位置（2個自由度）光柵在機床上的安裝位置（2個自由度）光柵在機床上的安裝位置（3個自由度）數(shù)顯表光柵在機床上的安裝位置（3個自由度）數(shù)顯表1.感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)二、感應(yīng)同步器sincos節(jié)距2τ（2mm）節(jié)距τ（0.5mm）絕緣粘膠銅箔鋁箔耐切削液涂層基板(鋼、銅)滑尺定尺1.感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)二、感應(yīng)同步器sincos節(jié)距2τ（2mm

包括定尺和滑尺，用制造印刷線路板的腐蝕方法在定尺和滑尺上制成節(jié)距T(一般為2mm)的方齒形線圈。定尺繞組是連續(xù)的，滑尺上分布著兩個勵磁繞組，分別稱為正弦繞組和余弦繞組。當正弦繞組與定尺繞組相位相同時，余弦繞組與定尺繞組錯開1/4節(jié)距。滑尺和定尺相對平行安裝，其間保持一定間隙（0.05~0.2mm）。二、感應(yīng)同步器包括定尺和滑尺，用制造印刷線路板的腐蝕方法在定尺和滑尺2.感應(yīng)同步器的工作原理在滑尺的繞組中，施加頻率為f（一般為2~10kHz）的交變電流時，定尺繞組感應(yīng)出頻率為f的感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的大小與滑尺和定尺的相對位置有關(guān)。設(shè)正弦繞組供電電壓為Us，余弦繞組供電電壓為Uc，移動距離為x，節(jié)距為T，則正弦繞組單獨供電時，在定尺上感應(yīng)電勢為二、感應(yīng)同步器2.感應(yīng)同步器的工作原理二、感應(yīng)同步器余弦繞組單獨供電所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為

二、感應(yīng)同步器由于感應(yīng)同步器的磁路系統(tǒng)可視為線性，可進行線性疊加，所以定尺上總的感應(yīng)電勢為余弦繞組單獨供電所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為二、感應(yīng)同步器由于感應(yīng)同式中：K——定尺與滑尺之間的耦合系數(shù)；

——定尺與滑尺相對位移的角度表示量（電角度）T——節(jié)距，表示直線感應(yīng)同步器的周期，標準式直線感應(yīng)同步器的節(jié)距為2mm。

利用感應(yīng)電壓的變化可以求得位移X，從而進行位置檢測。二、感應(yīng)同步器式中：二、感應(yīng)同步器3.測量方法根據(jù)對滑尺繞組供電方式的不同，以及對輸出電壓檢測方式的不同，感應(yīng)同步器的測量方式有鑒相式和鑒幅式兩種工作法。二、感應(yīng)同步器3.測量方法二、感應(yīng)同步器(1)鑒相式工作法滑尺的兩個勵磁繞組分別施加相同頻率和相同幅值，但相位相差90o的兩個電壓，設(shè)二、感應(yīng)同步器則

從上式可以看出，只要測得相角，就可以知道滑尺的相對位移x：

(1)鑒相式工作法二、感應(yīng)同步器則從上式可以看出，只二、感應(yīng)同步器(2)鑒幅工作法在滑尺的兩個勵磁繞組上分別施加相同頻率和相同相位，但幅值不等的兩個交流電壓：則：

由上式知，感應(yīng)電勢的幅值隨著滑尺的移動作正弦變化。因此，可以通過測量感應(yīng)電動勢的幅值來測得定尺和滑尺之間的相對位移。二、感應(yīng)同步器(2)鑒幅工作法則：由上式知，感應(yīng)電勢角位移檢測傳感器一、旋轉(zhuǎn)變壓器二、光電編碼器角位移檢測傳感器一、旋轉(zhuǎn)變壓器1.結(jié)構(gòu)如圖所示旋轉(zhuǎn)變壓器一般做成兩極電機的形式。在定子上有激磁繞組和輔助繞組，它們的軸線相互成90°。在轉(zhuǎn)子上有兩個輸出繞組——正弦輸出繞組和余弦輸出繞組，這兩個繞組的軸線也互成90°，一般將其中一個繞組（如Z1、Z2）短接。一、旋轉(zhuǎn)變壓器1.結(jié)構(gòu)如圖所示一、旋轉(zhuǎn)變壓器2.原理

旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。當以一定頻率（頻率通常為400Hz、500Hz、1000Hz及5000Hz等幾種）的激磁電壓加于定子繞組時，轉(zhuǎn)子繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。前一種旋轉(zhuǎn)變壓器稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，適用于大角位移的絕對測量；后一種稱為線性旋轉(zhuǎn)變壓器，適用于小角位移的相對測量。一、旋轉(zhuǎn)變壓器2.原理一、旋轉(zhuǎn)變壓器3.測量方式當定子繞組中分別通以幅值和頻率相同、相位相差為90°的交變激磁電壓時，便可在轉(zhuǎn)子繞組中得到感應(yīng)電勢U3，根據(jù)線性疊加原理，U3值為激磁電壓U1和U2的感應(yīng)電勢之和，即一、旋轉(zhuǎn)變壓器式中:k=w1/w2——旋轉(zhuǎn)變壓器的變壓比

w1、w2——轉(zhuǎn)子、定子繞組的匝數(shù)3.測量方式一、旋轉(zhuǎn)變壓器式中:k=w1/w2

線性旋轉(zhuǎn)變壓器實際上也是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，不同的是線性旋轉(zhuǎn)變壓器采用了特定的變壓比k和接線方式，如右圖。這樣使得在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（一般為±60°），其輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ成線性關(guān)系。此時輸出電壓為一、旋轉(zhuǎn)變壓器線性旋轉(zhuǎn)變壓器實際上也是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，不同的是編碼器是將機械傳動的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字信號，進行角位移檢測的傳感器。編碼器的種類很多，根據(jù)檢測原理，它可分為電磁式、電刷式、電磁感應(yīng)式及光電式等。光電編碼器根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，分為增量式編碼器和絕對式編碼器。

二、光電編碼器（脈沖編碼器）編碼器是將機械傳動的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字信號，進行角位光電編碼器的特點?非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好；?允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高；光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強；?體積小，便于安裝，適合于機床運行環(huán)境；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，光源壽命短；?碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動能力差。光電編碼器的特點?非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保光電編碼器外形（參考德國圖爾克傳感與自動化技術(shù)專業(yè)公司）光電編碼器外形（參考德國圖爾克傳感與自動化技術(shù)專業(yè)公司）其他光電編碼器外形（續(xù)）

拉線式角編碼器利用線輪，能將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。其他光電編碼器外形（續(xù)）拉線式角編碼器利用線1、增量式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理

轉(zhuǎn)軸盤碼及狹縫光敏元件光柵板及辨向用的A、B狹縫LEDABC零位標志ABC1、增量式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理轉(zhuǎn)軸盤碼及狹縫光敏元件光增量式編碼器工作原理鑒向盤與主碼盤平行，并刻有a、b兩組透明檢測窄縫，它們彼此錯開1/4節(jié)距，以使A、B兩個光電變換器的輸出信號在相位上相差90°。工作時，鑒向盤靜止不動，主碼盤與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，光源發(fā)出的光投射到主碼盤與鑒向盤上。當主碼盤上的不透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線被全部遮住，光電變換器輸出電壓為最??；當主碼盤上的透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線全部通過，光電變換器輸出電壓為最大。主碼盤每轉(zhuǎn)過一個刻線周期，光電變換器將輸出一個近似的正弦波電壓，且光電變換器A、B的輸出電壓相位差為90°。經(jīng)邏輯電路處理就可以測出被測軸的相對轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動方向。

二、光電編碼器增量式編碼器工作原理二、光電編碼器增量式編碼器結(jié)構(gòu)二、光電編碼器增量式二、光電編碼器

光電碼盤隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，在光源的照射下，透過光電碼盤和光珊板形成忽明忽暗的光信號，光敏元件把此光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號處理裝置的整形、放大等處理后輸出。輸出的波形有六路：AB90°Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈后續(xù)電路可利用A、A

兩相實現(xiàn)差分輸入，以消除遠距離傳輸?shù)墓材８蓴_。光電碼盤隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，在光源的照射下，透過光電碼盤和

?輸出信號的作用及其處理

A、B兩相的作用√根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測軸的角位移；√根據(jù)脈沖的頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速；√根據(jù)A、B兩相的相位超前、滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向。√后續(xù)電路可利用A、B兩相的90°相位差進行細分處理（四倍頻電路實現(xiàn)）。ABCP90O?輸出信號的作用及其處理A、B兩相的作用ABCP90

Z相的作用

√被測軸的周向定位基準信號；√被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號。Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈Z相的作用Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈增量式碼盤的規(guī)格及分辨率

增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù),

即脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（PPR）；現(xiàn)在市場上提供的規(guī)格從36線/轉(zhuǎn)

到10萬線

/轉(zhuǎn)

都有；選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②考慮機械傳動系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）α設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為n線/轉(zhuǎn)：增量式碼盤的規(guī)格及分辨率增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈

增量式編碼器的特點

編碼器每轉(zhuǎn)動一個預(yù)先設(shè)定的角度將輸出一個脈沖信號，通過統(tǒng)計脈沖信號的數(shù)量來計算旋轉(zhuǎn)的角度，因此編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是相對的,因此旋轉(zhuǎn)角度的起始位可以任意設(shè)定增量式編碼器的缺點

由于采用相對編碼，因此,若因停電、刀具破損而停機，事故排除后不能找到事故前執(zhí)行部件的正確位置,掉電后旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)會丟失需要重新復(fù)位有可能產(chǎn)生計數(shù)錯誤（由于噪聲或其它外界干擾）增量式編碼器的特點ConnecttheshieldintheSubDontheencoder用屏蔽的D型接口連接編碼器ConnecttheshieldtothePGfittingoftheencoder編碼器用屏蔽的PG接口連接Connecttheshieldtotheelectronicsshieldclampoftheinverter在變換器的電路板上用線卡連接旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝

配線時應(yīng)采用屏蔽電纜,避免在強電磁波環(huán)境中使用長距離傳輸時，應(yīng)考慮信號衰減因素，選用具備輸出阻抗低，抗干擾能力強的型號ConnecttheshieldtothePGfittingoftheencoder編碼器用屏蔽的PG接口連接ConnecttheshieldintheConne編碼器在定位加工中的應(yīng)用1—增量式編碼器

2—電動機

3—轉(zhuǎn)軸

4—轉(zhuǎn)盤

5—工件

6—刀具

編碼器在定位加工中的應(yīng)用1—增量式編碼器2—電動機編碼器在伺服電機中的應(yīng)用

利用編碼器測量伺服電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過伺服控制系統(tǒng)控制其各種運行參數(shù)。轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)子磁極位置測量角位移測量編碼器在伺服電機中的應(yīng)用利用編碼器測量伺服電絕對式編碼器原理絕對式編碼器是把被測轉(zhuǎn)角通過讀取碼盤上的圖案信息直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)代碼的檢測元件。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制編碼。如圖所示為四位二進制的碼盤，碼盤上各圈圓環(huán)分別代表一位二進制的數(shù)字碼道，在同一個碼道上印制黑白等間隔圖案，形成一套編碼

二、光電編碼器絕對式編碼器原理二、光電編碼器

黑色不透光區(qū)和白色透光區(qū)分別代表二進制的“0”和“1”。在一個四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，每一個碼道表示二進制的一位，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。二、光電編碼器黑色不透光區(qū)和白色透光區(qū)分別代表二進制的“0”和“1

工作時，碼盤的一側(cè)放置電源，另一邊放置光電接受裝置，每個碼道都對應(yīng)有一個光電管及放大、整形電路。碼盤轉(zhuǎn)到不同位置，光電元件接受光信號，并轉(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號，經(jīng)放大整形后，成為相應(yīng)數(shù)碼電信號。

二、光電編碼器工作時，碼盤的一側(cè)放置電源，另一邊放置光電接受裝置，絕對式編碼器非單值性誤差的消除(1).循環(huán)碼盤(或稱格雷碼盤)右圖所示為四位二進制循環(huán)碼。這種編碼的特點是任意相鄰的兩個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)變換過程中，所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差最多不超過“1”，只可能讀成相鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)。

二、光電編碼器絕對式編碼器非單值性誤差的消除二、光電編碼器(2).帶判位光電裝置的二進制循環(huán)碼盤該碼盤最外圈上的信號位的位置正好與狀態(tài)交線錯開，只有當信號位處的光電元件有信號時才讀數(shù)，這樣就不會產(chǎn)生非單值性誤差。

二、光電編碼器(2).帶判位光電裝置的二進制循環(huán)碼盤二、光電編碼器?絕對編碼盤的編碼方式

及特點

二進制編碼：√特點：編碼循序與位置循序相一致，但可能產(chǎn)生非單值性誤差?！?/p>

誤差分析：

0101111001100111100010011010101111001101111100000001001000110100100023222120

1111?絕對編碼盤的編碼方式

及特點0101111

格雷碼

（循環(huán)碼、葛萊碼）特點：任何兩個編碼之間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最小單位上。但編碼與位置循序無直接規(guī)律。111100011101110001000101011101100010001100001000100110111010111023222120格雷碼

（循環(huán)碼、葛萊碼）11110001絕對式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格絕對式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數(shù)n有關(guān)；現(xiàn)在市場上提供從4道到18道

都有；選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②考慮機械傳動系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）α設(shè)絕對式碼盤的規(guī)格n道：

絕對式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格其它位移檢測傳感器感應(yīng)同步器磁柵位移傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器激光干涉測量電子尺感應(yīng)同步器其它位移檢測傳感器感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器

作業(yè)：P127（2-10）作業(yè)：P127（2-10）第2章機電一體化的單元技術(shù)

2.3傳感檢測技術(shù)2.3.1傳感器的分類及特性2.3.2位移檢測傳感器第2章機電一體化的單元技術(shù)

2.3傳感檢測技術(shù)2.3.1傳感器的分類及特性1.傳感器工作機理傳感器的工作機理是基于各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)等，并受相應(yīng)的定律和法則支配。了解這些定律和法則有助于對傳感器本質(zhì)的理解和對新效應(yīng)傳感器的開發(fā)。＊守恒定律：包括能量、動量、電荷量等守恒定律。＊場的定律：如重力場、靜電場、磁場等。遵守場定律的傳感器可稱為“結(jié)構(gòu)型傳感器”＊物質(zhì)定律：表示物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律。遵守物質(zhì)定律的傳感器稱為“物性型傳感器”2.3.1傳感器的分類及特性1.傳感器工作機理＊統(tǒng)計法則：把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的法則。2.傳感器的分類＊統(tǒng)計法則：把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來的法則。按被測量分類

該分類法明確了傳感器的用途，便于使用者選擇傳感器，如位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、速度傳感器等。溫度傳感器壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移傳感器按被測量分類溫度傳感器壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移按工作原理分類該分類法清楚地表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器的設(shè)計和應(yīng)用，如電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式傳感器等。壓電式加速度傳感器激光位移傳感器光纖式位移傳感器超聲波位移傳感器電感式位移傳感器按工作原理分類壓電式加速度傳感器激光位移傳感器光纖式位移傳感＊按工作機理分類

▽物性型：依靠敏感元件本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。如壓阻式傳感器、壓電式傳感器等。

▽結(jié)構(gòu)型：依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。如電容式、電感式傳感器等。＊按基本效應(yīng)分類▽物理型：利用某些變換元件的物理性質(zhì)或某些功能材料的特殊性能制成的傳感器。如PN溫度傳感器。

＊按工作機理分類▽化學(xué)型：利用電化學(xué)反應(yīng)原理把有機和無機的化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。如接觸燃燒氣敏傳感器等。▽生物型：利用生物功能物質(zhì)作識別器件制成的傳感器。如酸度計傳感器等。＊按能量轉(zhuǎn)換關(guān)系分類▽能量轉(zhuǎn)換型（無源型、發(fā)電型或主動型傳感器）

不需要外加電源而將被測量轉(zhuǎn)化為電量輸出，但其負載能力有限，應(yīng)用時需要注意。如熱電偶、壓電式傳感器等。

▽化學(xué)型：利用電化學(xué)反應(yīng)原理把有機和無機的化學(xué)物質(zhì)的成分

▽能量控制型（有源型、被動型傳感器）

需要外加電源才能將被測信號轉(zhuǎn)換為電量，能量控制型傳感器本身參數(shù)的改變（如電阻、電容、電感）不起換能作用。＊按輸出信號的形式分類

▽模擬式：傳感器輸出模擬信號。大多傳感器如此▽數(shù)字式：傳感器輸出數(shù)字信號。如編碼器式傳感器。

工程習(xí)慣上常根據(jù)工作原理和被測量量命名傳感器，電感式位移傳感器，電容式加速度傳感器等。▽能量控制型（有源型、被動型傳感器）

計數(shù)型（二次型+計數(shù)型）

電壓，電流型（熱電偶,Cds電池）電感，電容型（可變電容）有接點型(微動開關(guān)，接觸開關(guān)，行程開關(guān))

傳感器

電阻型（電位器，電阻應(yīng)變片）非電量型二值型電量無接點型(光電開關(guān)，接近開關(guān))模擬型數(shù)字型代碼型（旋轉(zhuǎn)編碼器，磁尺）計數(shù)型（二次型+計數(shù)型）有3.傳感器數(shù)學(xué)模型（描述方法）

傳感器作為感受被測量信息的器件，總希望它能按照一定的規(guī)律輸出有用信號，因此，需要研究其輸出-輸入關(guān)系及特性。最有效的描述方法是傳感器的數(shù)學(xué)模型。由于傳感器可以測量時不變信號和時變信號，所以應(yīng)該以帶隨機變量的作為數(shù)學(xué)非線性微分方程模型。這樣在數(shù)學(xué)上有困難，所以，實際上把傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分開考慮，從而有靜態(tài)模型和動態(tài)模型。3.傳感器數(shù)學(xué)模型（描述方法）1.靜態(tài)數(shù)學(xué)模型指在靜態(tài)信號作用下（即輸入量對時間t的各階導(dǎo)數(shù)等于0）得到的數(shù)學(xué)模型。其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為1.靜態(tài)數(shù)學(xué)模型(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)表示輸出與輸入量之間的關(guān)系曲線稱為特性曲線(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)表示輸出與輸2.動態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是指傳感器在受到時變輸入量作用時，其輸出－輸入之間的關(guān)系，通常稱為響應(yīng)特性。有些傳感器雖然有良好的靜態(tài)特性，但由于傳感器總存在著彈性、慣性、阻尼等因素，使傳感器的輸出量不僅與輸入量有關(guān)，而且還與輸入量的變化速度等有關(guān)，所以將導(dǎo)致嚴重的動態(tài)誤差，這就必須認真研究傳感器的動態(tài)響應(yīng)特性，為此建立的數(shù)學(xué)模型稱為動態(tài)模型。常用的動態(tài)方程有：微分方程、傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)。2.動態(tài)數(shù)學(xué)模型（1）微分方程（時域內(nèi)）優(yōu)點：通過解微分方程易于分清暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。通解僅與傳感器本身特性及初始條件有關(guān)；特解不僅與傳感器的特性有關(guān)，而且還與輸入量有關(guān)。缺點：求解麻煩，尤其是通過增減環(huán)節(jié)來改善傳感器的特性時顯得更不方便。（1）微分方程（時域內(nèi)）優(yōu)點：通過解微分方程易于分清暫態(tài)響應(yīng)（2）傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)域內(nèi)）

在數(shù)學(xué)上，如果運用拉普拉斯變換將時域的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，就得到傳遞函數(shù)。上述微分方程在初始條件為零時，輸出y(t)拉氏變換Y(S)和輸入x(t)的拉氏變換X(S)之比，即為傳遞函數(shù)G(S)。其中

傳遞函數(shù)G(S)用于描述系統(tǒng)本身固有的特性，而與輸入量無關(guān)。（2）傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)域內(nèi)）在數(shù)學(xué)上，如果運用拉（3）頻率響應(yīng)函數(shù)（頻域內(nèi)）對于傳感器或系統(tǒng)，其頻率響應(yīng)函數(shù)為：初始條件為零時，輸出的傅立葉變換和輸入的傅里葉變換之比，即如將G(jω)的實部和虛部分開，則有

G(jω)=P(ω)+jQ(ω)其中，P(ω)和Q(ω)都是ω的實函數(shù)，以頻率ω為橫坐標，以P(ω)和Q(ω)為縱坐標所繪的圖形分別稱為系統(tǒng)的實頻特性圖與虛頻特性圖。又若將G(jω)寫成G(jω)=A(ω)ejφ(ω)

其中（3）頻率響應(yīng)函數(shù)（頻域內(nèi)）對于傳感器或系統(tǒng)，其頻率響應(yīng)函數(shù)分別稱為幅頻特性和相頻特性。分別稱為幅頻特性和相頻特性。4.傳感器的特性分析

傳感器的特性主要是指其輸出與輸入之間的關(guān)系，有靜特性和動特性之分。傳感器的靜特性靜特性是指傳感器在輸入量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出與輸入關(guān)系，即當輸入量是常量或變化極慢時，輸出與輸入的關(guān)系。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標有線性度、重復(fù)性、遲滯、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、漂移、精確度等。4.傳感器的特性分析傳感器的特性主要是指其輸出與輸入

（1）線性度標定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。若在標稱（全量程）輸出范圍A內(nèi)，標定曲線偏離擬合直線的最大偏差為B，則定義非線性度為線性度=(B/A)×100%

線性度圖擬合直線（理論直線法、端點平移法、端點線法、最小二乘法）該如何確定，目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標準。較常用的是最小二乘法。線性度圖擬合直線（理論直線法、端點（2）遲滯

傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中輸出輸入曲線不重合程度稱為遲滯。遲滯誤差一般以正反行程中輸出的最大偏差量與滿量程輸出之比的百分數(shù)表示，即

遲滯特性遲滯特性一般由實驗方法確定。（2）遲滯遲滯特性遲滯特性一般由實驗方法確定。（3）重復(fù)性指傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得的特性曲線不一致的程度。重復(fù)性誤差常用滿量程輸出的百分數(shù)表示。

正行程的最大重復(fù)性偏差為△Rmax1，反行程的最大重復(fù)性偏差為△Rmax2

。重復(fù)性誤差取這兩個最大偏差之中較大者為△Rmax，與滿量程輸出之比的百分數(shù)表示，即

（3）重復(fù)性正行程的最大重復(fù)性偏差（4）靈敏度傳感器輸出的變化量與引起此變化量的輸入變化量之比即為其靈敏度。靈敏度表示傳感器對被測變化量的反應(yīng)能力。線性傳感器的靈敏度就是擬合直線的斜率，即非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，可表示為（4）靈敏度非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，可表示為（5）分辨力與閾值

分辨力是指傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出被測輸入量的最小變化值。有時對該值用相對滿量程輸入值之百分數(shù)表示，則稱為分辨率。

閾值是使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零點附近的分辨力。有些傳感器在零位附近有嚴重的非線性，形成所謂“死區(qū)”，則將該“死區(qū)”的大小作為閾值。（5）分辨力與閾值（6）穩(wěn)定性

穩(wěn)定性又稱長期穩(wěn)定性，即傳感器在長時間內(nèi)保持其原性能的能力。穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過規(guī)定時間間隔后，傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異來表示，有時也用標定的有效期來表示。（7）漂移

漂移是指在一定時間間隔內(nèi)，傳感器的輸出存在著與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移常包括零點漂移和靈敏度漂移。

（6）穩(wěn)定性

零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移和溫度漂移。時漂是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間有緩慢的變化；溫漂是指由周圍溫度變化所引起的零點或靈敏度的變化。（8）靜態(tài)誤差(精確度)

靜態(tài)誤差是指傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論輸出值的偏離程度。是系統(tǒng)誤差與隨機誤差綜合影響程度的評價指標。

零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移和溫度漂移。靜態(tài)誤差的求取方法如下：把全部校準數(shù)據(jù)與擬合直線上對應(yīng)值的殘差，看成是隨機分布，求出其標準偏差，即取2σ或3σ值即為傳感器的靜態(tài)誤差。靜態(tài)誤差是一項綜合性指標，它基本上包含了前述的非線性誤差、遲滯誤差、重復(fù)性誤差等。所以也可以把這幾個單項誤差綜合而得，即靜態(tài)誤差的求取方法如下：把全部校準數(shù)據(jù)與擬合直線上對應(yīng)值的殘

動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動態(tài)特性取決于傳感器本身及輸入信號的形式。因此，工程上常采用正弦函數(shù)和單位階躍函數(shù)作為“標準”信號函數(shù)，對傳感器的動態(tài)特性進行分析，從而確定評價傳感器動態(tài)特性的指標。傳感器的動態(tài)特性傳感器的動態(tài)特性（1）頻率響應(yīng)特性

傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)為

對系統(tǒng)輸入正弦激勵信號x(x)=Asin(2πft)，在系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，測量輸出和輸入的幅值比和相位差。這樣可以得到頻率f下系統(tǒng)的傳輸特性。從系統(tǒng)的最低測量頻率fmin到系統(tǒng)的最高測量頻率fmax，按一定的增量方式逐步增加正弦激勵信號頻率f，記錄各頻率對應(yīng)的幅值比和相位差，繪制在圖上就可以得到系統(tǒng)的幅頻和相頻特性曲線。

對系統(tǒng)輸入正弦激勵信號x(x)=Asin(2πft)頻域指標可以用幅頻特性和相頻特性描述頻域指標可以用幅頻特性和相頻特性描述（2）階躍響應(yīng)特性對一階系統(tǒng)來說，對系統(tǒng)輸入階躍信號，測得系統(tǒng)的響應(yīng)信號。取系統(tǒng)輸出值達到最終穩(wěn)態(tài)值的63%所經(jīng)過的時間作為時間常數(shù)。

對二階系統(tǒng)來說，對系統(tǒng)輸入階躍信號，測得系統(tǒng)的響應(yīng)信號。從而可以測出系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)。

（2）階躍響應(yīng)特性二階系統(tǒng)的脈沖輸入和響應(yīng)

二階系統(tǒng)的階躍輸入和響應(yīng)

兩種典型的輸入響應(yīng)：二階系統(tǒng)的脈沖輸入和響應(yīng)二階系統(tǒng)的階躍輸入和響應(yīng)兩種典型5.傳感器的標定與校準傳感器的標定傳感器系統(tǒng)設(shè)計好后，其輸出與輸入的關(guān)系并不知道，只有通過標定才能獲得。利用標準設(shè)備產(chǎn)生已知的非電量（標準），或用基準量來確定傳感器電輸出與非電量輸入關(guān)系的過程，稱為標定。（1）標定設(shè)備標準信號發(fā)生器、輸出信號測試儀器。5.傳感器的標定與校準（2）靜態(tài)標定輸入已知標準非電量，測出傳感器的輸出，給出標定曲線、標定方程和標定常數(shù)，計算出傳感器（系統(tǒng)）的靜態(tài)特性。（3）動態(tài)標定用于確定傳感器的動態(tài)性能指標。傳感器的校準傳感器需要定期檢測其基本性能參數(shù)，以判定其是否可以繼續(xù)使用。若能繼續(xù)使用，則應(yīng)對其變化的主要指標進行修正。確定傳感器的測量精度的過程，稱之為傳感器的校準。（2）靜態(tài)標定機電一體化系統(tǒng)對檢測系統(tǒng)傳感器的基本要求

體積小、重量輕、對整機的適應(yīng)性好精度和靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、信噪比高安全可靠、壽命長便于與計算機連接不易受被測對象的影響，也不影響外部環(huán)境對環(huán)境條件適應(yīng)能力強現(xiàn)場處理簡單、操作性能好價格便宜機電一體化系統(tǒng)對檢測系統(tǒng)傳感器的基本要求

體積小、重量輕、對6.改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑

傳感器性能指標多方面，企圖要求各指標都很高，不論是設(shè)計或是制造都很困難，實際也沒有必要。在應(yīng)用時，可以確保主要性能指標，放寬次要性能指標，以提高傳感器的性價比。同時，在設(shè)計和使用傳感器時，還可以采取一些技術(shù)措施改善傳感器的性能。主要有：

1.差動技術(shù)

設(shè)有一傳感器，其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為用另一相同的傳感器，但使其輸入量符號相反，則6.改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑它的輸出為二者相減得于是，有消除了零位輸出；消除了偶次非線性項，得到對稱于原點的相當寬的近似線性范圍，減小了非線性；

靈敏度提高了一倍；抵消了共模誤差。以上即為差動技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于電阻式、電感式、電容式傳感器中。它的輸出為2.平均技術(shù)

常用的平均技術(shù)主要有誤差平均效應(yīng)和數(shù)據(jù)平均處理。

誤差平均效應(yīng)原理：利用n傳感器單元同時感受被測量，因而其輸出將是這些單元輸出的總和。假設(shè)每個單元帶來的隨機誤差為δ0，根據(jù)誤差理論，總的誤差將為誤差平均效應(yīng)在柵狀傳感器（光柵、感應(yīng)同步器、磁柵、容柵）得到廣泛應(yīng)用。

數(shù)據(jù)平均處理：在相同的條件下進行n次重復(fù)測量或n次采樣，然后進行數(shù)據(jù)平均處理，隨機誤差也將減小為2.平均技術(shù)3.穩(wěn)定性技術(shù)4.屏蔽、隔離與干擾抑制技術(shù)5.補償校正技術(shù)6.集成化與智能化技術(shù)7.合理選擇傳感器3.穩(wěn)定性技術(shù)2.3.2位移檢測傳感器

位移測量是直線位移測量和角位移測量的總稱，位移測量在機電一體化領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，這不僅因為在各種機電一體化產(chǎn)品戶常需位移測量，而且還因為速度、加速度力、壓力、扭矩等參數(shù)的測量都是以位移測量位移為基礎(chǔ)的。直線位移傳感器主要有：電感傳感器、差動變壓器傳感器、電容傳感器、感應(yīng)同步器和光柵,磁柵傳感器。角位移傳感器主要有：電容傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼盤等。2.3.2位移檢測傳感器位移測量是直線位移測量線位移檢測傳感器一、光柵位移傳感器二、感應(yīng)同步器線位移檢測傳感器一、光柵位移傳感器光柵傳感器

一、光柵的類型和結(jié)構(gòu)

計量光柵可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類，均由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。計量光柵按形狀又可分為長光柵和圓光柵。

光柵用于數(shù)控機床作為檢測裝置，已有幾十年的歷史，用以測量長度、角度、速度、加速度、振動和爬行等。其分辨率高達納米級,測量速度高達480m/min,測量行程高達100m.它是數(shù)控機床閉環(huán)系統(tǒng)用得較多的一種檢測裝置。光柵傳感器一、光柵的類型和結(jié)構(gòu)計量光柵可分為透射透射式光柵玻璃透射光柵

光源可垂直入射，信號幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)簡單;

刻線密度大100條/mm,細分后，分辨率達微米級;

易碎，熱膨脹系數(shù)與機床不一致，影響測量精度.透射式光柵玻璃透射光柵

光源可垂直入射，信號幅度大，透射式圓光柵固定透射式圓光柵固定反射式光柵金屬反射光柵

鋼尺、鋼帶照相腐蝕、鉆石刀刻劃熱膨脹系數(shù)與機床一致，安裝調(diào)整方便，易接長，不易碎反射式光柵金屬反射光柵尺身尺身安裝孔

反射式掃描頭掃描頭安裝孔可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)防塵保護罩的內(nèi)部為長光柵尺身尺身安裝孔反射式掃描頭掃描頭安裝孔掃描頭光柵尺可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）掃描頭光柵尺可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）光柵的構(gòu)造：標尺光柵（長光柵）

指示光柵（短光柵）光柵的構(gòu)造：標尺光柵（長光柵）

指示光柵（短光柵）莫爾條紋的光學(xué)放大作用

在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角θ。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。

光柵的刻線寬度W莫爾條紋的寬度LL≈W/θ

，（θ為主光柵和指示光柵刻線的夾角，弧度）

莫爾條紋的光學(xué)放大作用在透射式直線光柵中，把主光柵2、工作原理

把兩塊柵距W相等的光柵平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ時，這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱莫爾條紋，它們沿著與光柵條紋幾乎垂直的方向排列，如圖所示。2、工作原理把兩塊柵距W相等的光柵平行安裝，且讓它莫爾條紋具有如下特點：1.莫爾條紋的位移與光柵的移動成比例。光柵每移動過一個柵距W，莫爾條紋就移動過一個條紋間距B

2.莫爾條紋具有位移放大作用。莫爾條紋的間距B與兩光柵條紋夾角之間關(guān)系為3.莫爾條紋具有平均光柵誤差的作用。

莫爾條紋具有如下特點：

通過光電元件，可將莫爾條紋移動時光強的變化轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號，如圖所示。

亮度電壓光柵位移O光柵位移

光柵的實際亮度變化光柵的輸出波形圖通過光電元件，可將莫爾條紋移動時光強的變化轉(zhuǎn)換為近似其電壓為：其電壓為：辨向電路及波形

如果傳感器只安裝一套光電元件，則在實際應(yīng)用中，無論光柵作正向移動還是反向移動，光敏元件都產(chǎn)生相同的正弦信號，無法分辨位移的方向。

例：某1024p/r圓光柵，正轉(zhuǎn)10圈，反轉(zhuǎn)4圈，若不采取辨向措施，則計數(shù)器將錯誤地得到(10+4)×1024＝14336個脈沖，而正確值為：(10－4)×1024＝6144個脈沖。辨向電路及波形如果傳感器只安裝一套光電元件，則在提高光柵分辨精度的措施

1）提高刻線精度和增加刻線密度

2）倍頻常用四倍頻方案光柵刻線密度為50線／mm，采用4個光電元件和4個隙縫，每隔1／4光柵節(jié)距產(chǎn)生一個脈沖，分辨精度可提高四倍。

提高光柵分辨精度的措施

將此電壓信號放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信號，再經(jīng)辨向電路和可逆計數(shù)器計數(shù)，則可用數(shù)字形式顯示出位移量，位移量等于脈沖與柵距乘積。測量分辨率等于柵距。將此電壓信號放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信光柵在機床上的安裝位置（2個自由度）光柵在機床上的安裝位置（2個自由度）光柵在機床上的安裝位置（3個自由度）數(shù)顯表光柵在機床上的安裝位置（3個自由度）數(shù)顯表1.感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)二、感應(yīng)同步器sincos節(jié)距2τ（2mm）節(jié)距τ（0.5mm）絕緣粘膠銅箔鋁箔耐切削液涂層基板(鋼、銅)滑尺定尺1.感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)二、感應(yīng)同步器sincos節(jié)距2τ（2mm

包括定尺和滑尺，用制造印刷線路板的腐蝕方法在定尺和滑尺上制成節(jié)距T(一般為2mm)的方齒形線圈。定尺繞組是連續(xù)的，滑尺上分布著兩個勵磁繞組，分別稱為正弦繞組和余弦繞組。當正弦繞組與定尺繞組相位相同時，余弦繞組與定尺繞組錯開1/4節(jié)距?；吆投ǔ呦鄬ζ叫邪惭b，其間保持一定間隙（0.05~0.2mm）。二、感應(yīng)同步器包括定尺和滑尺，用制造印刷線路板的腐蝕方法在定尺和滑尺2.感應(yīng)同步器的工作原理在滑尺的繞組中，施加頻率為f（一般為2~10kHz）的交變電流時，定尺繞組感應(yīng)出頻率為f的感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的大小與滑尺和定尺的相對位置有關(guān)。設(shè)正弦繞組供電電壓為Us，余弦繞組供電電壓為Uc，移動距離為x，節(jié)距為T，則正弦繞組單獨供電時，在定尺上感應(yīng)電勢為二、感應(yīng)同步器2.感應(yīng)同步器的工作原理二、感應(yīng)同步器余弦繞組單獨供電所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為

二、感應(yīng)同步器由于感應(yīng)同步器的磁路系統(tǒng)可視為線性，可進行線性疊加，所以定尺上總的感應(yīng)電勢為余弦繞組單獨供電所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為二、感應(yīng)同步器由于感應(yīng)同式中：K——定尺與滑尺之間的耦合系數(shù)；

——定尺與滑尺相對位移的角度表示量（電角度）T——節(jié)距，表示直線感應(yīng)同步器的周期，標準式直線感應(yīng)同步器的節(jié)距為2mm。

利用感應(yīng)電壓的變化可以求得位移X，從而進行位置檢測。二、感應(yīng)同步器式中：二、感應(yīng)同步器3.測量方法根據(jù)對滑尺繞組供電方式的不同，以及對輸出電壓檢測方式的不同，感應(yīng)同步器的測量方式有鑒相式和鑒幅式兩種工作法。二、感應(yīng)同步器3.測量方法二、感應(yīng)同步器(1)鑒相式工作法滑尺的兩個勵磁繞組分別施加相同頻率和相同幅值，但相位相差90o的兩個電壓，設(shè)二、感應(yīng)同步器則

從上式可以看出，只要測得相角，就可以知道滑尺的相對位移x：

(1)鑒相式工作法二、感應(yīng)同步器則從上式可以看出，只二、感應(yīng)同步器(2)鑒幅工作法在滑尺的兩個勵磁繞組上分別施加相同頻率和相同相位，但幅值不等的兩個交流電壓：則：

由上式知，感應(yīng)電勢的幅值隨著滑尺的移動作正弦變化。因此，可以通過測量感應(yīng)電動勢的幅值來測得定尺和滑尺之間的相對位移。二、感應(yīng)同步器(2)鑒幅工作法則：由上式知，感應(yīng)電勢角位移檢測傳感器一、旋轉(zhuǎn)變壓器二、光電編碼器角位移檢測傳感器一、旋轉(zhuǎn)變壓器1.結(jié)構(gòu)如圖所示旋轉(zhuǎn)變壓器一般做成兩極電機的形式。在定子上有激磁繞組和輔助繞組，它們的軸線相互成90°。在轉(zhuǎn)子上有兩個輸出繞組——正弦輸出繞組和余弦輸出繞組，這兩個繞組的軸線也互成90°，一般將其中一個繞組（如Z1、Z2）短接。一、旋轉(zhuǎn)變壓器1.結(jié)構(gòu)如圖所示一、旋轉(zhuǎn)變壓器2.原理

旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上與兩相繞組式異步電機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。當以一定頻率（頻率通常為400Hz、500Hz、1000Hz及5000Hz等幾種）的激磁電壓加于定子繞組時，轉(zhuǎn)子繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。前一種旋轉(zhuǎn)變壓器稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，適用于大角位移的絕對測量；后一種稱為線性旋轉(zhuǎn)變壓器，適用于小角位移的相對測量。一、旋轉(zhuǎn)變壓器2.原理一、旋轉(zhuǎn)變壓器3.測量方式當定子繞組中分別通以幅值和頻率相同、相位相差為90°的交變激磁電壓時，便可在轉(zhuǎn)子繞組中得到感應(yīng)電勢U3，根據(jù)線性疊加原理，U3值為激磁電壓U1和U2的感應(yīng)電勢之和，即一、旋轉(zhuǎn)變壓器式中:k=w1/w2——旋轉(zhuǎn)變壓器的變壓比

w1、w2——轉(zhuǎn)子、定子繞組的匝數(shù)3.測量方式一、旋轉(zhuǎn)變壓器式中:k=w1/w2

線性旋轉(zhuǎn)變壓器實際上也是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，不同的是線性旋轉(zhuǎn)變壓器采用了特定的變壓比k和接線方式，如右圖。這樣使得在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（一般為±60°），其輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ成線性關(guān)系。此時輸出電壓為一、旋轉(zhuǎn)變壓器線性旋轉(zhuǎn)變壓器實際上也是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，不同的是編碼器是將機械傳動的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字信號，進行角位移檢測的傳感器。編碼器的種類很多，根據(jù)檢測原理，它可分為電磁式、電刷式、電磁感應(yīng)式及光電式等。光電編碼器根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，分為增量式編碼器和絕對式編碼器。

二、光電編碼器（脈沖編碼器）編碼器是將機械傳動的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字信號，進行角位光電編碼器的特點?非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好；?允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高；光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強；?體積小，便于安裝，適合于機床運行環(huán)境；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，光源壽命短；?碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動能力差。光電編碼器的特點?非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保光電編碼器外形（參考德國圖爾克傳感與自動化技術(shù)專業(yè)公司）光電編碼器外形（參考德國圖爾克傳感與自動化技術(shù)專業(yè)公司）其他光電編碼器外形（續(xù)）

拉線式角編碼器利用線輪，能將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。其他光電編碼器外形（續(xù)）拉線式角編碼器利用線1、增量式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理

轉(zhuǎn)軸盤碼及狹縫光敏元件光柵板及辨向用的A、B狹縫LEDABC零位標志ABC1、增量式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理轉(zhuǎn)軸盤碼及狹縫光敏元件光增量式編碼器工作原理鑒向盤與主碼盤平行，并刻有a、b兩組透明檢測窄縫，它們彼此錯開1/4節(jié)距，以使A、B兩個光電變換器的輸出信號在相位上相差90°。工作時，鑒向盤靜止不動，主碼盤與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，光源發(fā)出的光投射到主碼盤與鑒向盤上。當主碼盤上的不透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線被全部遮住，光電變換器輸出電壓為最小；當主碼盤上的透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線全部通過，光電變換器輸出電壓為最大。主碼盤每轉(zhuǎn)過一個刻線周期，光電變換器將輸出一個近似的正弦波電壓，且光電變換器A、B的輸出電壓相位差為90°。經(jīng)邏輯電路處理就可以測出被測軸的相對轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動方向。

二、光電編碼器增量式編碼器工作原理二、光電編碼器增量式編碼器結(jié)構(gòu)二、光電編碼器