位移測(cè)量-數(shù)字式傳感器-my課件

位移的檢測(cè)線位移角位移1230、激光測(cè)距系統(tǒng)---大范圍遠(yuǎn)距離測(cè)距（幾千/幾十千米）1）脈沖測(cè)距法激光短脈沖信號(hào)（激光器被測(cè)目標(biāo)）測(cè)量精度：時(shí)間間隔測(cè)量精度（脈沖窄、響應(yīng)速度快）遠(yuǎn)距離---固體/二氧化碳；近距離---半導(dǎo)體巨脈沖激光器---地球—月球距離（分辨力：1m）距離43）激光三角法2）相位差測(cè)距法激光束調(diào)制---相位差---時(shí)間---距離特點(diǎn)：測(cè)量精度高、分辨力強(qiáng)5原理：y=f(x)xy6Keyence激光測(cè)距傳感器激光測(cè)距產(chǎn)品7特點(diǎn)：

非接觸、不易劃傷表面、結(jié)構(gòu)簡單、測(cè)量距離大、抗干擾、測(cè)量點(diǎn)小（幾十微米）、測(cè)量準(zhǔn)確度高精度：光學(xué)元件本身的精度、環(huán)境溫度、激光束的光強(qiáng)和直徑大小以及被測(cè)物體的表面特征8應(yīng)用：910厚度測(cè)量：(a)參考表面：兩傳感器同向---減小偏心誤差(b)相對(duì)測(cè)量：兩傳感器反向，無參考表面---克服鋼板本身上下起伏造成的誤差11測(cè)量范圍：16mm左右；相對(duì)測(cè)量精度：0.1%~0.2%

適用：在線測(cè)量鋼板/鋁板等板材厚度

特點(diǎn)：測(cè)頭對(duì)表面顏色和紋理變化以及背景光的影響不敏感不能測(cè)量鏡面---漫反射原理12微小位移測(cè)量--數(shù)字式位移傳感器

數(shù)字式傳感器能把被測(cè)的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。與模擬傳感器相比的特點(diǎn)是:抗干擾能力強(qiáng),穩(wěn)定性強(qiáng);易于微機(jī)接口,便于信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。

常用的數(shù)字式傳感器光柵傳感器旋轉(zhuǎn)式光電編碼器135.1光柵傳感器一.光柵及其測(cè)量系統(tǒng)1.光柵的結(jié)構(gòu)類型

1）長光柵尺14光柵式傳感器---等節(jié)距的透光和不透光的刻線均勻相間排列構(gòu)成的光學(xué)元件物理光柵：計(jì)量光柵：利用光的衍射現(xiàn)象分析光譜、測(cè)定波長利用光的莫爾條紋現(xiàn)象測(cè)量精密位移15長光柵---直線位移；圓光柵---角位移

構(gòu)成：主光柵---標(biāo)尺光柵，定光柵；指示光柵---動(dòng)光柵長度---測(cè)量范圍；刻線密度---測(cè)量精度(10、25、50、100、125線/mm)16172）圓光柵刻劃在玻璃盤上的光柵稱為圓光柵也稱光柵盤，用來測(cè)量角度或角位移。根據(jù)柵線刻劃的方向，圓光柵分兩種，一種是徑向光柵，其柵線的延長線全部通過光柵盤的圓心；另一種是切向光柵，其全部柵線與一個(gè)和光柵盤同心的直徑只有零點(diǎn)兒或幾個(gè)毫米的小圓相切若按光線的走向，圓光柵只有透射光柵。182.光柵測(cè)量系統(tǒng)（光柵讀數(shù)頭）19202122二.光柵傳感器的工作原理1.莫爾條紋的形成及其特征當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的刻線相交一個(gè)微小的夾角時(shí),光源照射光柵尺，由于擋光效應(yīng)，兩塊光柵刻線的相交處形成亮帶，而在刻線彼此錯(cuò)開處形成暗帶。在與光柵線紋大致垂直的方向上,產(chǎn)生出亮暗相間的條紋,這些條紋稱為“莫爾條紋”。23(1)莫爾條紋（Moire）條紋寬度：W-柵距，a-線寬，b-縫寬W=a+b，a=b=W/2

特例：當(dāng)=0,w1=w2

→B=→光閘莫爾條紋當(dāng)=0,w1≠w2

→縱向莫爾條紋均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動(dòng)2425莫爾條紋的特征1)放大作用放大倍數(shù)為1/θ,θ越小,B越大。例如θ=0.1°時(shí)θ=0.1°=0.1×2π/360=0.00175432radW=0.02mmBH=11.4592mm。262)對(duì)應(yīng)關(guān)系2728莫爾條紋特性：方向性：垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時(shí)與光柵移動(dòng)方向垂直同步性：光柵移動(dòng)一個(gè)柵距→莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)間距一方向?qū)?yīng)放大性：夾角θ很小→B>>W→光學(xué)放大→提高靈敏度可調(diào)性：夾角θ↓→條紋間距B↑→靈活準(zhǔn)確性：大量刻線→誤差平均效應(yīng)→克服個(gè)別誤差→提高精度

(2)光柵傳感器分類與結(jié)構(gòu)原理按運(yùn)動(dòng)形式分：直線型---主光柵為直尺形→直線移動(dòng)旋轉(zhuǎn)型---主光柵為圓盤形→旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按光學(xué)形式分：透射式---光源與光電元件在兩側(cè)→透射光反射式---光源與光電元件同一側(cè)→反射光2930

3）誤差的平均效應(yīng)光電元件對(duì)光柵的柵距誤差具有消差作用。莫爾條紋由光柵的大量刻線形成,對(duì)線紋的刻劃誤差有平均抵消作用,幾條刻線的柵距誤差或斷裂對(duì)莫爾條紋的位置和形狀影響甚微。能在很大程度上消除短周期誤差的影響。

例W=0.02mm,接收元件尺寸10×10mm2,在10mm范圍內(nèi)有500條刻線參與工作，某幾條刻線誤差對(duì)莫爾條紋位置和形狀基本無影響。312.辨向原理及辨向電路1）為什么要辨向

當(dāng)可動(dòng)光柵（主光柵）無論向前或向后移動(dòng)時(shí)，在一固定點(diǎn)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(jì)數(shù)脈沖，從而無法辨別光柵移動(dòng)的方向，也不能正確測(cè)量出有往復(fù)移動(dòng)時(shí)位移的大小。因而必須在測(cè)量電路中加入辨向電路。322）辨向原理與辨向電路33辨向電路34設(shè)計(jì)數(shù)器記得脈沖數(shù)為N，位移

x=NW

光柵測(cè)量位移屬于增量式測(cè)量。35三.細(xì)分技術(shù)目的：提高分辨力（測(cè)量比柵距更小的位移量）。細(xì)分思想：在一個(gè)柵距即一個(gè)莫爾條紋信號(hào)變化周期內(nèi),發(fā)出n脈沖,每個(gè)脈沖代表原來柵距的1/n。由于細(xì)分后計(jì)數(shù)脈沖頻率提高了n倍,因此也稱之為n倍頻。細(xì)分類型：

電子細(xì)分又分為四倍頻直接細(xì)分和電位器橋細(xì)分。361.四倍頻細(xì)分在相差B/4位置上安放兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相差π/2電壓信號(hào)（S和C），將這兩個(gè)信號(hào)整形、反相得到四個(gè)依次相差π/2的電壓信號(hào)。0°（S），90°（C）180°（S）270°（C）。在光柵作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過微分電路，在正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，得到四個(gè)微分脈沖（加計(jì)數(shù)脈沖）；反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，得到四個(gè)微分脈沖（減計(jì)數(shù)脈沖）。372.電位器橋（電阻鏈）細(xì)分實(shí)現(xiàn)方法及原理四細(xì)分后得到的四個(gè)相位差為90度的交流信號(hào)Umsinθ,Umcosθ和-Umsinθ,-Umcosθ。以這四個(gè)交流信號(hào)為原函數(shù)（兩原函數(shù)間各接幾個(gè)電位器，構(gòu)成電位器橋，把θ=0-360度,（x=0-W）分成四個(gè)象限。每一個(gè)象限，由于電壓的合成與電位器的移相作用，電阻鏈上各電位器中間抽頭得到幅值各不相同的一系列移相信號(hào)（新函數(shù)）。3839四.光柵數(shù)顯裝置40主要芯片簡介1.光柵信號(hào)處理芯片(HKF710502)

主要功能：信號(hào)的同步、整形、四細(xì)分、辨向、加減控制、參考零位信號(hào)的處理、記憶功能的實(shí)線和分辨率的選擇等。2.邏輯控制芯片（HKE701314）主要功能：為整機(jī)提供高頻和低頻脈沖；完成BCD譯碼；XJ校驗(yàn)及超速報(bào)警。3.可逆計(jì)數(shù)與零位記憶芯片（HKE701201)

主要功能：接收從光柵信號(hào)處理芯片傳來的計(jì)數(shù)脈沖，完成可逆計(jì)數(shù)；接收參考零位脈沖，使計(jì)數(shù)器確定參考零位的數(shù)值，同時(shí)也完成清零、置數(shù)、記憶等功能。41五.光柵傳感器的應(yīng)用4243445.2旋轉(zhuǎn)式光電編碼器一.增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器1.工作原理452.增量式光電盤46474.旋轉(zhuǎn)方向的判別48二.絕對(duì)式光電編碼器1.測(cè)量原理492.絕對(duì)式光電碼盤50513.循環(huán)碼盤1）編碼規(guī)則將二進(jìn)制碼右移一位并舍去最末位與原二進(jìn)制做不進(jìn)位加法。2）特點(diǎn)相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間只有一位變化。524.提高分辨率的方法－插值法53三.光電編碼器的應(yīng)用1.在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用542.電機(jī)控制----角度及轉(zhuǎn)速的測(cè)量

脈沖頻率法5556脈沖周期法5758(4)光柵傳感器特點(diǎn)①精度高：測(cè)長±(0.2+2×10-6L)μm，測(cè)角±0.1″②量程大：透射式-