数字式传感器 ppt课件

光电编码器的精度取决于码盘的精度。
码盘（以6位二进制码盘为例）
110000
有多少条码道，就有多 长的二进制数，工业上 常用的是21码道。
从里向外读数 亮区：定义为高电平1 暗区：定义为低电平0 零位（全黑）：000000
缺点：码道多，要求制造精度高，否则，会产生很大的误差。
当狭缝对准a,b,c,…p位置时， 得到的数码将是 0000,0001,0010,…1111
电刷：是一种活动触头结构，在外界力的作用 下旋转码盘时，电刷与码盘接触处就产生某种 码制的某一数字编码输出。
码盘
接触式编码器工作原理（以四位二进制码盘为例）
8421码： Biblioteka 最基本、最简单 的二进制码，是用 四位 二进制来表示 一位等值的十进制 数，共十六种组合。
以8421制作的码盘和旋转轴固定在一起。 码盘上有四圈码道，相应地，对应码道上有一个电刷。 四个电刷沿着一个固定的径向 安装。
第六章 数字式传感器
前几章都介绍的是模拟式传感器，将被测参数转变为 电模拟量（如电压、电流）显示出来。如果用数字显示 或输入计算机，就需要A/D转换装置，将模拟量变成数字 量。这不但增加了投资，而且增加了系统的复杂性，降 低了系统的可靠性和精确度，若直接采用数字式传感器 直接将被测参数转换成数字信号输出。
提高精度的途径（防止错码的出现）是
常采用循环码盘。循环码的特点是相邻两个 数码间只有一位变化，即使制造或安装不精 确，产生的误差最多也只是最低位，在一定 程度上可消除非单值误差。因此采用循环码 盘比8-4-2-1码盘的精度更高。
角度
0 1 2 3 4 5 6 7
8
9 10 11 12 13 14 15
AB
A
二、增量式角编码器
增量式编码器（即脉冲盘式编码器）是直接利用 光电转换原理输出三组方波脉冲 A、B 和C 相；A、B 两组脉冲相位差 900，从而可方便地判断出旋转方向， 而 C 相为码盘每转一圈就产生一个脉冲，用于基准点 定位。
有三个码道：最外圈——零位码道 中间——外圈A码道
最内圈——B码道
增量式编码器 转轴 LED 光栏板及辨向用的A、B狭缝
显然，编码器的分辨率与码道数n有关，位 数n越大，分辨率越高，测量准确度就越高。若 要提高分辨能力，就必须增加码道数。
绝对式接触式编码器演示
4个电刷
4位二进制 码盘
+5V输入 公共码道
最小分辨角度为 α=360°/2n
存在问题：
由于四个电刷扫描的不同步容易引起错 码。另外，电刷安装不精确引起的机械偏差， 码盘制作和安装不准 等。
数字式传感器具有以下优点：
*精确度和分辨力高；
*抗干扰能力强，便于远距离传输；
*信号易于处理和存储；
*可以减少读数误差。
数字式位置传感器的分类
数字式传感器按工作原理不同，可分为 三大类：
*脉冲输出式：光电编码器、光栅传感器、 感应同步器、磁栅传感器等
*频率输出式：振弦式、振筒式和振膜式传 感器。
*直接以数字量形式输出：直接编码器
§11－1 角编码器
将机械转动的模拟量（位移）转换成 以数字代码形式表示的电信号，这类传感 器称为编码器。编码器以其高精度、 高分 辨率和高可靠性被广泛用于各种位移的测 量。
编码器的种类很多，按照测角度位移 和直线位移分别有码盘和码尺，码盘即为 角编码器。
角编码器是一种旋转式位置传感器，它的
转轴通常随被测轴一起转动，能将被测轴的角 位移转换成二进制编码或一串脉冲。
角编码器
绝对式编码器（直接式） 增量式角编码器
一、绝对式角编码器
绝对式（直接）角编码器是直接将 角位移转换为二元码（即“0”或“1”）。
绝对式角编码器
接触式 光电式 磁阻式
非接触式编码器
特点：非接触，体积小， 寿命长，分辨率高
1.接触式编码器
接触式编码器由码盘和电刷组成 码盘：是利用制造印刷电路板的工艺，在铜箔 板上制作某种码制图形（如8-4-2-1码等）的盘 式印刷电路板。
光电码盘的特点 是除了转轴之外，不 存在接触磨损，允许 高速旋转。
二进制码盘的粗误差（了解）
❖上图是一个四位二进制码盘展开图。当读数狭 缝处于AA位置时，正确读数为0111，为十进制 数为处7十 于。A进若A制’码时数道，15C就。4黑会反区将之做1，0得0若0太读黑短为区，0C0就40太0误。长读这，为两当1种1狭1情1缝，况 下都将产生粗误差。
十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2.绝对式光电编码器
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的 机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
构成：由光学玻 璃制成的圆形码盘， 码盘上刻有同心码道， 码道上有亮区和暗区； 光源经光学系统形成 一束平行光通过狭缝 形成窄光束照射在光 电元件上；
涂黑处为导电区，电刷接触导电部分时，输出高电平（“1”） 白处为绝缘区 ，电刷接触绝缘部分时，输出低电平（“0”）
接触式编码器
无论码盘处在哪个角度，均有一个4位二进 制编码与该角度对应。
码道的圈数就是二进制的位数。若有n圈码 道，就称为n位码盘，圆周就被分为2的n次方个 数据，能分辨的角度（即为分辨率）
数字式角编码器
（参考德国沃申道夫公司资料）
信号航空插头
其他角编码器外形
拉线式角编 码器利用线轮， 能将直线运动转 换成旋转运动。
其他角编码器外形
（参考德国图尔克传感与自动化技术专业公司）
绝对式角编码器结论
三种编码器相比较，光电式编码 器的性价比最高，它作为精密位移传 感器在自动测量和自动控制技术中得 到了广泛的应用。目前我国已有23位 光电编码器， 为科学研究、军事、航 天和工业生产提供了对位移量进行精 密检测的手段。
电刷位置
a b c d e f g h i j k l m n o p
二进制码（B）
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
循环码（R）
0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000