《传感器检测技术及仪表》第6章PPT

第六章数字式传感器6.1编码器6.1.1直接编码器图6-1-1光电绝对编码器结构示意图一、工作原理二、码制与码盘（a）二进制码盘（b）循环码盘二元码盘的最小分辨力为：二进码盘的粗误差为了消除这种粗误差，通常采用循环码盘三、转换关系和转换电路1、转角与二进码转换2、二进码与循环码的转换3、转换电路（1）二进制码转化为循环码的电路（2）循环码转换为二进制码的电路6.1.2增量编码器一、结构与工作原理1．组成结构图6-1-7增量码道与辨向码道1360m图6－1－8辨向环节的逻辑电路框图图6－1－9波形图6.2光栅6.2.1光栅的结构和基本原理一、光栅传感器的结构图6-2-1光栅及光栅传感器光源2—聚光镜3—主光栅4—指示光栅5—光电元件二、莫尔条纹的形成和特点1、莫尔条纹的形成主光栅与指示光栅的栅线之间保持很小的夹角β，在近乎垂直栅线的方向上出现了明暗相间的条纹――莫尔条纹。莫尔条纹的间距H远大于光栅栅距W2、莫尔条纹的主要特性：（1）移动方向：主光栅右移，则莫尔条纹向下移；主光栅左移，则莫尔条纹向上移。（2）移动距离：主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距H。莫尔条纹具有放大作用，即H＞＞W。（3）平均效应：莫尔条纹具有减小光栅栅距局部误差的作用三、光电转换电压与光栅位移的关系主光栅移动一个栅距W，光电转换电压变化一个周期图6－2－3光强变化信号02cos()avmuUUxW6.2.2光栅辨向原理与细分技术一、辨向原理在条纹移动方向(y方向)上安放两个间距为(n+1)H/4(n为整数)的光电元件，两个光电元件的输出信号u1和u2的相位差正好等于π/2。再将这两个相位差90°的正弦信号送到图6-1-8所示辨向电路，可测量出光栅的移动方向和移动的栅距数。二、细分技术――m细分即分辨率W/m在主光栅移动一个栅距过程中，产生m个彼此相位差360°/m的正弦交流信号m个ui波形依次产生m个过零脉冲。与光栅位移x对应的过零脉冲计数值即位移的数字测量结果为：1、直接细分直接细分又称位置细分，通常为四细分。是用四个依次相距H/4的光电元件，获得依次相差90°相角的四个正弦交流信号。主光栅每移动一个栅距，将产生四个过零计数脉冲，从而实现四细分。2、电位器桥(电阻链)细分1）电位器移相原理图6-2-4电位器移相原理2）48点电位器桥细分电路第i个电位器电刷两边电阻比值为：6.3感应同步器6.3.1感应同步器的类型和结构一、类型:1、长感应同步器——测量直线位移2、圆感应同步器——测量角位移二、结构：1、长感应同步器：1、长感应同步器——图6-3-3定尺为连续绕组，绕组节距为W1=2(a1+b1)=W2=2(a2+b2)=W滑尺上配置断续绕组：“正弦绕组”和“余弦绕组”中心线间距应为：2、圆感应同步器转子上配置连续绕组，绕组节距为：定子上配置断续绕组：“正弦绕组”和“余弦绕组”中心线间距为：6.3.2感应同步器的工作原理一、感应同步器中的互感余弦绕组与连续绕组间的互感为余弦函数正弦绕组与连续绕组间的互感为正弦函数二、感应同步器的简化等效电路θ与相对位移x关系长感应同步器圆感应同步器三、感应同步器的激励和检测方式1、感应同步器的激励方式：断续绕组激励方式——以滑尺(或定子)激励，由定尺(或转子)取出感应电势信号连续绕组激励方式——以定尺(或转子)激励，由滑尺(或定子)取出感应电势信号实用中多数采用断续绕组激励方式。2、感应电势两种检测方式正弦绕组和余弦绕组同时加激励电压，连续绕组中产生感应电压叠加和调制：6.4频率式传感器mlFf216.4.1振弦式传感器一、工作原理振弦：导磁的金属细弦激振器（电磁铁）：激励振弦横向振动拾振器：产生感应电压感应电压频率=振弦横向振动频率：二、差动式振弦传感器采用差动式振弦传感器不仅灵敏度提高一倍，而且可减小温度误差和非线性误差。图6－4－3间隙激励时的检测电路三、测量电路1、间歇激励方式2、连续激励方式（a）电流激励式:振弦中有电流流过（b）电磁激励式:振弦中无电流流过图6－4－5振弦传感器线性化框图四、线性化变换电路6.4.2振筒式传感器一、振筒式压力传感器mEkaf图6-4-6振筒式传感器原理示意图振筒的固有频率压力使振动频率变化)1()1(22022210xxffDD图6－4－7振动管式密度传感器1－固定块；2－振动管；3－激振器；4－拾振器；5－放大振荡器二、振筒式密度传感器1、单管式密度传感器图6－4－8双管式密度传感器2、双管式密度传感器