第十一章数字式位置传感器

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授课班级09D电气1、电气2 授课日期

课节 2 课堂类型讲授

课题第十一章数字式位置传感器第一节位置测量的方式第二节数字式角编码器第三节光栅传感器

第四节磁栅、容栅传感器

教学目的与要求【知识目标】1．了解直接测量和间接测量的区别；2．了解绝对式和增量式角编码器的原理；3．掌握角编码器的分辨力、分辨率计算；4、了解光栅的原理和细分计算；5．了解磁栅、容栅的原理和计算；

【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会分析光电元件的基本应用电路。

【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。

重点难点重点：二进制编码与角度的关系；角编码器的分辨率；辨向与细分技术难点：辨向与细分技术

教具教学辅助活动教具：多媒体课件、角编码器实物、习题册教学辅助活动：提问、学生讨论

一节教学过程安排复习

1、光电传感器的分类

2、简述光电传感器的应用

3、简述遮断与反射式光电开关、光电断路器

的检测应用

5分钟讲课

1．直接测量和间接测量的区别；

2．绝对式和增量式角编码器的原理；

3．掌握角编码器的分辨力、分辨率计算；

4、光栅的原理和细分计算；

5．磁栅、容栅的原理和计算

73分钟小结

小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互

动答疑

10分钟

作业习题册第十一章数字式位置传感

器传感器习题

2分钟

任课教师：叶睿2011年2月7日审查教师签字：年月日

教案附页【复习提问】

上节课知识点：

1、光电传感器的分类

2、简述光电传感器的应用

3、简述遮断与反射式光电开关、光电断路器的检测应用

第十一章数字式位置传感器

【章节导入】：

在用普通机床进行零件加工时，操作人员要控制进给量以保证零件的加工尺寸，如长度、高度、直径、角度及孔距，数字式传感器能直接检测直线位移和角位移，并用数字形式显示出来。

【本章要点】：

1、常用数字式位置传感器的结构、原理

2、掌握角编码器的分辨力以及辨向、细分技术

3、角编码器、光栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器等在直线位移和

角位移中测量、控制的应用。

第一节位置测量的方式

【本节内容设计】

通过课件与教师讲授位置测量的方式，为学习数字式位置传感器做准备。

【授课内容】

位置测量主要指直线测量和角位移的精密测量，数字式位置测量就是将被测的位置以数字的形式表现出来，具有以下特点：

1、将被测的位置量直接转变为脉冲个数或编码，便于显示和处理。

2、测量精度取决于分辨力，和量程基本无关。

3、输出脉冲的抗干扰能力强。

数字式位置传感器可以单独组成数字显示装置专门用于位置测量和显示，也可以和数控系统组成位置控制系统。

一、直接测量和间接测量

位置传感器有直线式和旋转式两大类。

（一）直接测量

若位置传感器所测量的对象就是被测量本身则该测量方式为直接测量。优点是误差小

用直线式传感器测直线位移。例如直接用于直线位移测量的直线

光栅和长磁栅等。

用旋转式传感器测角位移。直接用于角度测量的角编码器、圆光栅、圆磁栅等。

（二）间接测量

若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间值，再由它推算出与之关联的移动部件的直线位移，则该测量方式为间接测量。

1、丝杠—螺母装置

在间接测量中，多使用旋转式位置传感器。测量到的回转运动参数仅仅是中间值，但可由这中间值再推算出与之关联的移动部件的直线位移。例如：丝杠螺距t=6mm，旋转式位置传感器测得丝杠旋转角度为72900，则螺母的直线位移为（6mm×3600）/72900=121.50mm

2、齿轮-齿条装置

齿轮-齿条副等传动机构能够将旋转运动转换成直线运动。但应设法消除传导过程产生的间隙误差。

3、两种装置的比较

滚珠丝杠螺母副能够将减小传动磨檫力，延长使用寿命，减小间隙误差。

二、增量式和绝对式测量

在增量式测量中，移动部件每移动一个基本长度单位，位置传感器便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。这样，一个脉冲所代表的基本长度单位就是分辨力，对脉冲计数，便可得到位移量。

例如：增量式测量系统的分辨力为0.01mm，移动部件每移动

0.01mm，位置传感器发出一个脉冲，计数器加1或减1.计数器为200

时，工作台移动了0.1×200=2.00mm

绝对式测量的特点是：

每一被测点都有一个对应的编码，常以二进制数据形式来表示。

绝对式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当前位置的数据。典型的绝对式位置传感器有绝对式角编码器。

第二节数字式角编码器

【本节内容设计】

通过实物展示课件与教师讲授数字式角编码器的工作过程分析、结构分类以及应用，为工程位置测量与检测做知识与技能的储备

【授课内容】

从角编码器（码盘）：

是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。它能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。

角编码器分类：

绝对式编码器和增量式角编码器。

一、绝对式编码器

绝对式编码器按照角度直接进行编码，可直接把被测转角用数字代码表示出来。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等形式。

1、绝对式接触编码器：

a）电刷在码盘上的位置b）4位8421二进制码盘c）4位格雷码码盘

1－码盘2－转轴3－导电体4－绝缘体5－电刷6－激励公用轨道（接电源正极）分辨的角度α（即分辨力）为α=360°/2n分辨率=1/2n

码道越多，位数n越大，所能分辨的角度α就越小

若要提高分辨力，就必须增加码道数，即二进制位数。

例：某12码道的绝对式角编码器，其每圈的位置数为212=4096，能分辨的角度为α=360°/212=5.27'；

若为13码道，则能分辨的角度为α=360°/213=2.64'。

2、绝对式光电编码器的分辨力及分辨率

特点：没有接触磨损，允许转速高。码盘材料：不锈钢薄板、玻璃码盘。

分辨力：

绝对式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘上的码道数n 有关，即最小能分辨的角度及分辨率为：α=360°/2n分辨率=1/2n

二、增量式光电编码器

1、增量式光电编码器的结构：

光电码盘与转轴连在一起。码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向心的透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等分，数量从几百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上就被等分成n个透光的槽。增量式光电码盘也可用不锈钢薄板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽。

2、增量式光电编码器的分辨力及分辨率

增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n 有关，即最小能分辨的角度及分辨率