传感器课件 数字式位置传感器

编码器 在间接测量
工作台 丝杠 进给电机
中，多使用旋转式
位置传感器。测量
到的回转运动参数
x
仅仅是中间值，但
可由这中间值再推
θ
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。
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.直接测量
回转工作台 旋转运动θ
利用角位 移传感器直接 测量工作台的 角位移
直接利用数字式直线位移传感器测量 直线机床的位移量
直接测量 的误差 较小
工作台运动方向
光栅
2.间接测量
A
B
一转（360）
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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，还可用于数字测速、 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）
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）
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 角位移测量、控制中的应用。
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。
α=360°/2n 分辨率=1/2n
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：
360o
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
透光区
不透光区
绝对式码盘与增量
式码盘有何区别？
Baidu Nhomakorabea
零位标志
绝对式测量角编码器
每一个微小的
角位移都有一个对
应的编码，常以二
进制数据形式来表
示。在绝对式测量 中，即使中途断电，
θ
重新上电之后，也
能读出当前位置的
数据。
自然二进制码
1 0 0 1 或格雷码
绝对式编码器（接触式）演示
4个电刷 4位二进制
码盘 +5V输入 公共码道
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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。
AB AC
B
C
光敏元件
盘码及 狭缝
零位标志
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光栏板及
辨向原理 A、B狭缝 LED
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光敏元件所产生的信号A、B彼 此相差90相位。当码盘正转时， A信号超前B信号90；当码盘反转 时，B信号超前A信号90。 22
光电编码器的输出波形
上图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。
最小分辨角度为 α=360°/2n
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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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其他角编码器外形（续）
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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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2．绝对式光电编码器
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。
零标志（一转脉冲） 波形及作用
C
C
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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） 。
第二节 角编码器
角编码器又称码盘，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。
角编码器能将被测轴的角位移转换成二 进制编码或一连串脉冲。角编码器有两种基 本类型：绝对式角编码器和增量式角编码器。
一、绝对式角编码器 10码道光电绝对式码盘
绝对式角编码 器按照角度直接进 行编码。根据内部 结构和检测方式有 接触式、光电式、 磁阻式等。
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）
绝对式光电码盘与增量式码盘的区别
低位 高位
绝对式光电码盘（12码道） 增量式光电码盘（1024位）
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为：
齿轮
齿条
x
θ
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 x 使用寿命，减小 间隙误差。
丝杠
θ
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=？
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两路光电信号判断旋转方向
A超前于B，判断为正向旋转， A滞后于B，判断为反向旋转
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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）