十一章数字式位置传感器
数字式位置传感器
第十一章：第二节 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
其他角编码器外形（续）
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）
一、绝对式编码器
10 码道光电绝对式码盘
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。 透光区 不透光区 绝对式码盘 与增量式码盘有何区别 ？ 零位标志
编码器输出脉冲 m2 时钟脉冲 fc
···
= 60*1000000/ （ 1024*3000 ） =19.53 r/min
n = 60fc / （ Nm2 ）
编码器的安装方式
1. 编码器 的套式安装
安装套
2. 编码器的轴式安装
安装轴
编码器在定位加工中的应用 1— 绝对式编码器 2— 电动机 3— 转轴 4— 转盘 5 — 工件 6— 刀 具
工作台
丝杠
进给电机
x
θ
传动机构
齿距
齿轮
齿条
滚珠丝杠螺母 副、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。
x
θ
滚珠丝杠螺母副
丝杠 螺母
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。
θ
x
传动分析
设：螺距 t=4mm ，丝杠在 4s 时间里转动了 1 0 圈，求：丝杠的平均转速 n(r/min) 及螺母移动 了多少毫米？螺母的平均速度 v 又为多少？ 螺距
数字式位置传感器工作原理
数字式位置传感器工作原理宝子，今天咱们来唠唠数字式位置传感器这个超有趣的小玩意儿的工作原理哈。
你看啊，数字式位置传感器呢，就像是一个特别聪明的小侦探，它的任务就是搞清楚某个东西在啥位置。
比如说，在一个自动化的生产线上，它得知道那些小零件都跑到哪儿去了，这可关系到整个生产线能不能顺利运转呢。
那它是怎么做到的呢？咱先从一种常见的类型说起，光电式数字位置传感器。
想象一下啊，这个传感器就像一个有着超级视力的小精灵。
它有一个发光的部分和一个接收光线的部分。
当有物体在它的检测范围内的时候呢，光线就会被挡住或者反射啥的。
如果光线被挡住了，接收光线的那部分就会发现，“光没了呢！”然后它就会根据这个变化产生一个电信号。
这个电信号可不是随随便便的，它可是按照一定的数字规则来的哦。
就像是它在偷偷地跟控制中心说：“老大，这儿有个东西挡着我了，我给你发个暗号，这个暗号就是代表这个东西在这个位置啦。
”再说说磁式数字位置传感器吧。
这个就更酷了。
它就像是一个能感受到磁场魔法的小魔法师。
它周围有磁场，当有磁性的物体靠近的时候呢，磁场就会发生变化。
这个传感器就能敏锐地察觉到这种变化，然后把这种磁场的变化转化成数字信号。
就好像是它在说：“哟呵，有个带着磁场的家伙来了，我能感觉到它的魔力，我得赶紧把这个消息用数字的方式告诉大家。
”你看，这是不是很神奇呢？还有一种电容式的数字位置传感器呢。
它就像是一个对电场变化特别敏感的小机灵鬼。
它通过检测电容的变化来确定物体的位置。
你可以把它想象成一个小电容世界里的观察者。
当有物体靠近的时候，电容的数值就会改变。
这个小机灵鬼就会立刻捕捉到这个变化，然后把它变成数字信号。
就好像在欢呼：“哇，电容变啦，肯定是有东西来啦，我得把这个位置信息用数字传达出去。
”这些数字式位置传感器产生的数字信号可不得了。
它们就像是一种特殊的语言，被送到控制系统那里。
控制系统就像一个大老板，它能看懂这些数字语言，然后根据这些信息来决定下一步该怎么做。
数字式传感器PPT课件可编辑全文
dx W
W
(10-4)
由上式可见，当2x/W=n，即x=W/2、W、3W/2、…
时，斜率最大，灵敏度最高。故其输出信号灵敏度Ku为
Ku =2Um/W
(10-5)
可编辑
10
10.1 光栅传感器
10.1.2.2 辨向原理
计量光栅辨向原理电路如图10-4所示。
图10-4 光栅辨向原理图
可编辑
11
10.1 光栅传感器
可编辑
9
10.1 光栅传感器
•光栅传感器测位移x的原理： 当位移量x变化一个栅距W时，其输出信号uo变化一个周 期，若对输出正弦信号uo整形成变化一个周期输出一个脉 冲，则位移量x为
x=NW 式中，N—脉冲数；W—光栅栅距。
•输出信号灵敏度： 输出电压信号的斜率为
(10-3)
duo 2Um sin 2x
将这两个信号经求和处理后，可得输出信号为
(10-16)
eo
Eo
sin t
2
x
(10-17)
这是一个幅值不变、相位随磁头与磁栅相对位置x而变化
的信号，利用鉴相电路测量出相位，便可确定x。
可编辑
30
10.2 磁栅传感器
10.2.3磁栅传感器的特点和误差分析
•磁栅传感器录制的磁信号的空间波长稍大于计量光栅 的栅距W；
可编辑
7
10.1 光栅传感器
10.1.2 光栅传感器的测量电路
10.1.2.1 光栅的输出信号
主光栅与指示光栅作相对位移产生莫尔条纹，光电元件在
固定位置观测莫尔条纹移动的光强变化，并将光强转换成电
信号输出。光电元件输出电压uo与位移量x成近似正弦关 系。
数字式传感器
易于集成与智能化
数字式传感器通常具有较小的体积和 重量，易于集成到各种设备和系统中， 方便安装和使用。
数字式传感器支持多种编程接口和协 议，能够与微控制器、PLC等控制器 进行配合，实现智能化控制和数据处 理。
03
数字式传感器的应用场景
工业自动化
1 2
3
生产监控
数字式传感器可以实时监测生产过程中的各种参数，如温度 、压力、流量、振动等，确保生产过程的稳定性和安全性。
智能照明
数字式传感器可以监测环境的光线强 度和色温，实现智能照明控制和节能 减排。
物联网应用
智能城市
数字式传感器可以应用于智能交 通、智能安防、智能环保等领域， 提高城市的管理效率和公共服务
水平。
智能农业
数字式传感器可以监测土壤的湿 度、养分等参数，实现精准农业
和水肥一体化管理。
智能物流
数字式传感器可以监测物品的位 置、温度和湿度等参数，实现物
工作原理
感应
传感器通过敏感元件感应被测量，如压力、温 度、湿度等。
转换
敏感元件将感应的物理量转换为模拟信号。
数字化
模拟信号经过模数转换器（ADC）转换为数字信 号。
分类与应用
分类
根据被测量类型，数字式传感器可分 为温度传感器、压力传感器、湿度传 感器、位移传感器等。
应用
数字式传感器广泛应用于工业自动化、 环境监测、智能家居、医疗设备等领 域。
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数字式传感器
目 录
• 数字式传感器概述 • 数字式传感器的优势 • 数字式传感器的应用场景 • 数字式传感器的技术发展 • 数字式传感器的挑战与未来展望
01
数字式传感器概述
第11章 传感器的标定讲解
第11章 传感器的标定
传感器的静态特性标定
1.静态标定条件
（205）℃；≤85%RH；（76060）mm汞柱
2.标定仪器设备（标准量具）精度等级的确定
●标准量具的精度等级比被标定传感器至少高一个等级； ●附加设备又必须比标准量具至少高一个等级。
3.静态特性标定方法——比较法
●创造一个静态标准条件； ●选择标准量具； ●标定步骤： 全量程等间隔分点标定； 正、反行程往复循环一定次数逐点标定（输入标准量，测试 传感器相应的输出量）； 列出传感器输出-输入数据表格或绘制输出-输入特性曲线； 数据处理获取相应的静态特指标。
F P S
定
§11-2 压力传感器的动态标定
传感器的动态特性取决于什么？
传感器的动态模型，即阶数以及τ，ξ,ω等
幅频特性、相频特性
阶跃响应
各种已知频率的正 弦信号激励试验
阶跃信号激励试验
19
这种方法的缺点是标定频率低(低于500 Hz)， 标定装置制作困难，应用受到限制。
气压表 泄气门 膜片 侧面被标定的传感器 底面被标定的传感器 高压室 低压室 测速压力传感器 测速 前置级 数字 频率计 测压 前置级 记录 装置
§11-2 压力传感器的动态标定
气源
25
第11章 传感器的标定
激波管法
原理：标定时根据要求对高、低 压室充以不同的压缩空气，低压 室一般为一个大气压力，对高压 室则充以高压气体。当高、低压 室的压力差达到一定值时膜片破 裂，高压气体迅速膨胀冲入低压 室,从而形成激波。 这个激波的波阵面压力保持恒定， 接近理想的阶跃波，并以超音速 冲向被标定的传感器。
第11章 传感器的标定
1. 实验确定一阶传感器时间常数的方法
检测与转换技术
第一章检测技术的基本概念1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，该压力表的精度等级应定为多少级？答：1 .02、某仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买精度等级为多少级的压力表？答：0 .5 a3、对同一被测量进行多次重复测量时，误差的绝对值和符号不可预知地随机变化，但总体满足一定的统计规律性，该误差称为什么误差？答：随机误差4、多次重复测量时，误差的大小或符号保持不变，或按一定规律出现（始终偏大、偏小或周期性变化），该误差称为什么误差？答：系统误差5、检测中使用一次仪表，新的国家标准规定电流输出和电压输出是多少？答：4～20mA、1～5V6、检测中由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以在一次仪表中多采用电流输出型，新的国家标准规定电流输出为多少？答：4～20mA7、什么是系统误差？答：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。
8、什么是粗大误差？答：超出在规定条件下预计的误差，或明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差、疏忽误差或粗差，应予以剔除。
9、什么是测量答：测量过程实质上是一个比较的过程，即将被测量与一个同性质的、作为测量单位的标准量进行比较，从而确定被测量是标准量的若干倍或几分之几的比较过程。
10、什么是测量结果？答：测量结果可以表现为一定的数字，也可表现为一条曲线，或者显示成某种图形等，测量结果包含数值（大小和符号）以及单位。
有时还要给出误差范围11、什么是静态测量？什么是动态测量？答：在检测技术中，对缓慢变化的对象所进行的测量，亦属于静态测量。
工程中，有时可认为几十赫兹以上的测量称为动态测量。
12、传感器有哪三部分组成？答：传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
13、某数字表满量程为99.9A，该表的分辨力和分辨率为多少？答：数字表满量程为99.9A，该表的分辨力=0.1A，分辨率=0.1A÷99.9≈0.1%14、测量结果的正态分布的规律是怎样的？测量结果的正态分布的规律有：（1）集中性、（2）对称性、（３）有界性15、用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6次等精度测量，所得数据为2.04mm、2.02mm、1.96mm、0.99mm、3.33mm、1.98mm，为粗大误差的值是什么？，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度等于多少？答：为粗大误差的值是0.99和3.33mm，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度=2.00mm。
数字式位置传感器
零标志（一转脉冲） 波形及作用
在码盘里圈，还有一 条狭缝 C ，每转产生一 个脉冲。该脉冲信号又 称“一转信号”或零标 志脉冲，作为测量的起
始基准（ 0） 。
C A B
一转（360） C
2019/3/27 23
三、角编码器的应用
角编码器除了能直接测量角位移或间
接测量直线位移外，还可用于数字测速、
工位编码、伺服电机控制等。
2019/3/27
24
M法测速（适合于高转速场合）
m1
T
编码器每转产生 N 个脉冲，在 T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速 （r/min)为 ：n = 60m1/（NT）
例题
m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r， 在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min) 为： n = 60 × 65536 /（1024 × 5） r/min = 768 r/min
x θ
二、增量式编码器
转轴 LED 光栏板及辨向用的A、B狭缝
A B C B C
A
光敏元件
盘码及 狭缝 零位标志
2019/3/27 17
增量式编码器（INC）
增量式光电编码器 的内部结构
分辨力＝360/条纹数
设：条纹数＝1024
＝360/1024＝0.352
一个脉冲对应一个分辨角
角编码器与 旋转刀库连接
刀具 旋转刀库 角编码器的输出为 当前刀具号 被加工工件
用不同的刀具 加工复杂的工件
2019/3/27
34
编码器在伺服电机中的应用
利用编码器测 量伺服电机的转速、 转角，并通过伺服 控制系统控制其各 种运行参数。
自动检测技术及应用答案
二、第二章的提问及回课程组答
问：有一额定荷重为20′103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF为2mV/V，桥路电压Ｕi为12V，求：
1）在额定荷重时的输出电压Uom；
2）当承载为5′103N时的输出电压Uo为请选择ABCD；
2."三位半"数字显示的分辨力主要看最后一位的数值。
最大显示1999,分辨力就是1
最大显示199.9,分辨力就是0.1
最大显示19.99,分辨力就是0.01
是这样的。
3.(1)P11页,算一算:最大绝对误差是7.5V,但是假设读数是230V时,为什么绝对误差是10V？
我没看明白，
(2)P20,第一章习题的3,4题,要计算示值相对误差,需要知道绝对误差和示值,在不知道真实值时是求不出绝对误差的,…………
例如上述3，1/2的数字电压表的满量程为19.99V时，分辨力是0.01V，对吧！
那么“将分辨力除以仪表的满度量程就是仪表的分辨率”，0.01V/19.99V×100%≈0.05%。
光盘中提到：“仪表的最大显示值的倒数就是仪表的分辨率”，最大显示值为19.99V。
它的倒数是1/1999也约等于0.05%。意思一样的吧。要注意去掉小数点才会一样。
请梁老师说明下这两个题目的不同谢谢
课程组答：1最大误差超过（6÷800）×100%=0.75%，选的是1.0级
2计算出满度相对误差为1.25%，选国家标准的时候，1.25级达不到了所以选1.0级的的不同
1.我们使用的教材是<自动检测与转换技术>第三版,
普通中等职业教育电气规划类教材
机械工业出版社
数字式位置传感器 PPT课件
数，并设置了两组光敏元件A、B，有时
又称为sin、cos元件。
2018/6/23
20
辨向信号和零标志
光电编码器的光栏板上有 A 组与 B 组两组狭缝，彼此错 开 1/4 节距，两组狭缝相对应 的光敏元件所产生的信号 A 、 B彼此相差90相位，用于辩向。 当编码正转时， A 信号超前 B 信号90；当码盘反转时，B信 号超前A信号90。 (请画出反转时信号B的波形）
2018/6/23 2
1.直接测量
直接测 量的误差较 小。 图为利 用光栅传感 器测量数控 机床工作台 位移量的现 场照片。
工作台
工作台运动方向
光栅
2018/6/23 3
2.间接测量
工作台 丝杠 x θ 进给电机
编码器
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 间接测量须使用丝 杠-螺母、齿轮-齿 条等传动机构。
4
2018/6/23
传动机构
齿距
齿轮
齿条
滚珠丝杠螺母 副、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。
2018/6/23
x θ
5
滚珠丝杠螺母副
螺母 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。
丝杠
θ x
2018/6/23
第十一章 数字式位置传感器
本章学习几种常用数字式位置传
感器的结构、原理，如角编码器、光
栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器
等，并讨论他们在直线位移和角位移 中测量、控制的应用。
2018/6/23
传感器题库及答案
第一章检测技术的基本概念一、填空题：1、传感器有、、组成2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。
3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。
4、下面公式是计算传感器的。
5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。
二、选择题：12A3、?PA0.54A3倍5A微差式678A9A三、123、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（）4、灵敏度其实就是放大倍数（）5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（）6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（）7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（）四、问答题1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。
答：指传感器的静态输入、输出特性。
有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
2、产生随机误差的原因是什么，如何减小随机误差对测量结果的影响。
答：是测量中独立的、微小的、偶然的因素引起的结果。
既不能用实验的方法消除，也不能修正。
可以通过增加测量次数，利用概率论的一些理论和统计学的方法进行数据结果处理，服从正态分布。
3、系统误差分几类，怎样减小系统误差。
答：分为恒值误差，例如刻度盘分度差错。
变值误差，环境温度的影响、零点漂移等。
系统误差有规律。
可以通过实验的方法引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以剔除。
4、如何判断系统中存在粗大误差。
答：粗大误差是测量人员的粗心大意及电子测量仪器收到突然强大的干扰所引起的，粗大误差明显超过正常条件下的误差。
五、分析与计算题1、有一温度计，它的测量范围为0—2000C，精度为0.5级，求1）该表可能出现的最大绝对误差。
2）当示值分别为200C、1000C的示值相对误差。
2、预测123、围为04电桥5、12.03mV、6012.15mV、31234123、4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。
5、应变测量电桥的三种接法是、、。
输出电压分别为、、。
检测技术课程参考书目【范本模板】
检测技术课程参考书目《自动检测技术及应用》，作者：梁森等，机械工业出版社，ISBN7-111-19926-X，￥35元光盘简介这套课件的主题为“自学与提高”。
主要为“自动检测与转换技术”的授课教师使用，但也是学生的辅助学习工具，内容侧重于检测技术的应用，涉及众多工业、科研、生活中各种常用的传感器。
本课件可拓展师生的视野和思路,它给出众多的实物照片和多媒体动画以及录像，使教师授课时更加直观和形象，让学生能在课堂上看到各种传感器的外形、工作过程和调试过程，可以较好地解决理论联系实际的难题，还可以增加学生学习本课程的兴趣,加深对本课程的理解。
作为学生的辅助学习材料,学生在学习各章的同时，可参阅课件对应章节的有关内容进行复习,并加深对课程内容的理解,对完成课后作业也有一定的帮助。
本课件与大多数其他课程的课件稍有不同,它不是教材文字的简单再现，不止是单纯地将课本上的章节提纲和文字打在屏幕上,而是按章节有系统地向读者展示了上千张实物照片、图片以及许多与教材内容有关的动画,还有机电一体化现场录像、作业辅导等。
它共分十三章，与作者编写的《自动检测技术及应用》教材的章节一一对应,相信教师在使用本课件之后，对本课程的讲解会有较大的帮助，对传感器技术的进步会留下深刻的印象。
作者在制作过程中，也感觉开拓了视野,提高了水平。
尤其是在搜集大量素材的工作中，常常为一些从未目睹过的精彩照片而感动,希望不会辜负大家的期望。
本光盘自动播放。
将光盘插入光驱后,会自动进入主界面。
读者点击想要阅读的章节标题，即可逐页翻阅。
本光盘自带相关的播放软件，无需安装，可降低对系统的要求。
第一节现代检测系统的基本结构第二节现代检测系统的接口总线第三节基于虚拟仪器的检测系统第四节传感器在现代汽车中的应用第五节传感器在数控机床中的应用第六节传感器在机器人中的应用第七节传感器在智能楼宇中的应用思考题与习题附录附录A 常用传感器的性能及选择附录B 压力单位及换算附录C 工业热电阻分度表附录D 镍铬—镍硅（镍铝）K热电偶分度表习题参考答案参考文献《自动检测技术》,作者:张欣欣,孙艳华，清华大学出版社，ISBN：781082879，￥22，元第1章绪论第2章检测系统的基本特性第3章信号及其特性分析第4章检测系统及其抗干扰设计第5章应力与应变检测第6章位移、速度、加速度检测第7章压力及扭矩检测第8章流量检测第9章温度检测第10章检测算法第11章检测系统方案实例附录A铂铑10-铂热电偶分度表附录B铂铑30-铂铑6热电偶分度表附录C镍铬—镍硅(镍铬—镍铝)热电偶分度表附录D铜-康铜热电偶分度表附录E镍铬-康铜热电偶分度表《自动检测和仪表中的共性技术》作者：徐科军陈荣保张崇巍出版社：清华大学出版社译者：丛书名：其他出版日期：2000-12—1上架日期：2005—10—8ISBN：730204075320元本书阐述自动检测和仪表中的共性技术。
十一章数字式位置传感器
内部包含以下电路：放大、整形、 细分、辨向、报警、阻抗变换等。
2020/2/17
52
为光栅设计 的专用信号 处理单元 （光栅插补器）
功能同上页
2020/2/17
53
光栅在机床上的安装位置 （2个自由度）
2020/2/17
54
光栅在机床上的安装位置 （3个自由度）
数显表
2020/2/17
55
光栅在机床上 的安装位置
2020/2/17
27
2020/2/17
编码器的安装方式
1.编码器 的套式安装
安装套
28
2.编码器的轴式安装
2020/2/17
安装轴
29
编码器在定位加工中的应用
1—绝对式编码器 2—电动机 3—转轴 4—转盘 5—工件
6—刀具
2020/2/17
设该增量式光电编码器 的参数为1024 p/r，大、小 皮带轮的传动比为5，若希望 当加工好元件1后紧接着加工 元件8，则电动机转动了多少 分之几圈？应等待编码器给 出多少脉冲数时，电动机停 转？
m1
T
编码器每转产生 N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速
（r/min)为 ：n = 60m1/（NT）
2020/2/17
24
例题
m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为 1024p/r， 在5s时间内测得65536个脉冲，则 转速（r/min)为 ：
n = 60 × 65536 /（1024 × 5） r/min
螺距 螺母
N=10圈
丝杠
x=？
2020/2/17
7
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。
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齿轮
齿条 x
θ
6
滚珠丝杠螺母副
螺母 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 x 间隙误差。
丝杠
θ
17.11.2020
7
传动分析
设：螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈， 求：丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫 米？螺母的平均速度v又为多少？
螺距 螺母
N=10圈
丝杠
x=？
17.11.2020
8
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。
增量式测量得到的脉冲波形
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。
17.11.2020
9
作业 p201:3、5
17.11.2020
10
休息一下
17.11.2020
11
第二节 数字式角编码器
（参考德国沃申道夫公司资料）
= 768 r/min
17.11.2020
26
T法测速（适合于低转速场合）
编码器输出脉冲
m2 时钟脉冲fc
···
编码器每转产生 N 个脉冲，用已知
频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两 个相邻脉冲之间的脉冲数为m2 ，则转速 (r/min)为 n = 60fc / （Nm2 ）
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工作台 丝杠 进给电机 x
θ
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编码器
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 间接测量须使用丝 杠-螺母、齿轮-齿 条等传动机构。
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传动机构 齿距
滚珠丝杠螺母 副、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。
十一章数字式位置传感器
第十一章 数字式位置传感器
本章学习几种常用数字式位置传 感器的结构、原理，如角编码器、光 栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器 等，并讨论他们在直线位移和角位移 中测量、控制的应用。
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第一节 位置测量的方式
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。若位置 传感器所测量的对象就是被测量本身，即用直线式 传感器测直线位移，用旋转式传感器测角位移，则 该测量方式为直接测量。例如直接用于直线位移测 量的直线光栅和长磁栅等；直接用于角度测量的角 编码器、圆光栅、圆磁栅等。
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辨向信号和零标志 光电编码器的光栏板上有
A组与B组两组狭缝，彼此错 开 1/4 节 距 ， 两 组 狭 缝 相 对 应 的光敏元件所产生的信号A、 B彼此相差90相位，用于辩向。 当编码正转时，A信号超前B 信号90；当码盘反转时，B信 号超前A信号90。 (请画出反转时信号B的波形）
在上一页图的码盘里圈，还有一根狭缝C， 每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信 号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。
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三、角编码器的应用
角编码器除了能直接测量角位移或间 接测量直线位移外，可用于数字测速、工 位编码、伺服电机控制等。
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M法测速（适合于高转速场合）
透光区
不透光区
10码道光电绝对式码盘
绝对式码盘与增量
式码盘有何区别？
零位标志
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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
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2．绝对式光电编码器
低位
高位
a）光电码盘的平面结构（8码道） b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4码道）
m1
T
编码器每转产生 N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速
（r/min)为 ：n = 60m1/（NT）
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例题
m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为 1024p/r， 在5s时间内测得65536个脉冲，则 转速（r/min)为 ：
n = 60 × 65536 /（1024 × 5） r/min
信号航空插头
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其他角编码器外形
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其他角编码器外形（续）
拉线式角编 码器利用线轮， 能将直线运动转 换成旋转运动。
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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）
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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。
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绝对式光电编码器的分辨力及分辨率
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
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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 分辨率为：
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T法测速举例
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r， 测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频 率fc为1MHz ，则转速（r/min)为 ：
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。
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1.直接测量
直接测 量的误差较 小。
图为利 用光栅传感 器测量数控 机床工作台 位移量的现 场照片。
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工作台 工作台运动方向
光栅
4
2.间接测量
360
n
分 辨 率 1 n
11-3
11-4
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二、增量式编码器
转轴 LED 光栏板及辨向用的A、B狭缝
AB
A
C
B
C
光敏元件
盘码及 狭缝
零位标志
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光电编码器的输出波形
为了判断码盘旋转的方向，在上图 的光栏板上的两个狭缝距离是码盘上的 两个狭缝距离的（m +1/4）倍，m 为正整 数，并设置了两组光敏元件A、B，有时 又称为sin、cos元件。