第七章 运动参量的测量

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
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
光电编码器是一种角度（角速度）检测 装置，它将输入给轴的角度量，利用光 电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字 量，具有体积小，精度高，工作可靠,接 口数字化等优点。它广泛应用于数控机 床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、 军事目标测定等需要检测角度的装置和 设备中。
三、差动变压器式位移传感器
测量原理同差动变压器式传感器工作原理。
四、光电脉冲式位移传感器（光电编码器）
一、光电编码器的工作原理
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。光电编码器是由光栅盘和 光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的原板上等分地开通 若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时， 光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检 测装置检测，并输出若干脉冲信号，其原理示意图如下：
第一节 位移的测量
位移测量是线位移和角位移测量的统称，测量时应根据具 体的测量对象，选择或设计测量系统。 一、滑线电阻式位移传感器
测量原理同电位计式传感器工作原理。
二、应变片式位移传感器 测量原理同电阻应变片传感器工作原理。
等截面梁
2 l3
3 hx
适用于： δ<250μm的场 合——微小位移
数字式角编码器 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。
光电编码器包括增量编码器和绝对码编码器两大类。
二、增量编码器
增量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 相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
a：刻线宽度 b:刻线间的缝隙宽度 W：栅距，光栅常数
W
a
b
透射光栅是在一块长方形的光学玻璃上均匀 地刻上许多条纹，形成规则排列的明暗线条。
图6－10中a为刻线宽度，b为刻线间的缝隙宽 度，a+b=w称为光栅的栅距（或光栅常数）
透射光栅是在一块长方形的光学玻璃上均 匀地刻上许多条纹，形成规则排列的明暗线条。
图6－10中a为刻线宽度，b为刻线间的缝隙 宽度，a+b=w称为光栅的栅距（或光栅常数）
指示光栅一般比主光栅短得多，通常刻有 与主光栅同样密度的线纹。
光源一般用钨丝灯泡。光电元件包括光电池和 光敏三极管等部分。
刻线密度： •（ 10，25，50，100线）/mm •1000线/mm
第七章 运动参量的测量
本章所述运动参量的测量是指描述物体运动状态的三个 基本参量，即位移、速度、加速度的测量。在研究机器 零部件的运动规律、力能关系从工艺参数等情况时，都 要涉及到运动参量的测量。此外，其它物理如力参量、 物位、温度、流量等的测量，也是不同程度地以运动参 量的测量为基础的。因而运动参量的测量广泛应用于工 艺参数的自动检测、控制和生产设备的自动化方面。
光源
透镜
码盘
透镜
光敏元件
放大整形 脉冲输出
转轴
通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个
数就能反映当前电动机的转速。此外为判断 旋转方向，码盘可以提供相位相差900的两路 脉冲信号。
光源
透镜
码盘
透镜
光敏元件
放大整形 脉冲输出
转轴
编码器包括码盘和码尺。码盘用于测量 角度。码尺用于测量长度，测量长度的实际 应用比较少。所以在这里只讨论码盘。
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
增量式编码器
它的优点是原理构造简 单，机械平均寿命可 在几万小时以上，抗 干扰能力强，可靠性 高，适合于长距离传 输。其缺点是无法输 出轴转动的绝对位
置信息。 透光区
不透光区
10码道光电绝对式码盘
增量式码盘
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。
•转速测量 •转子磁极位置测量 •角位移测量
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
五、 光栅传感器
光栅的类Hale Waihona Puke Baidu和结构
光栅传感器由光源、光栅副、光敏元件三大部分组 成。光栅副是光栅传感器的主要部分。在长度计量 中应用的光栅通常称为计量光栅， 它主要由主光栅（也称标尺光栅）和 指示光栅组成。计量光栅可分为透射 式光栅和反射式光栅两大类。当标尺 光栅相对于指示光栅移动时，形成的 莫尔条纹产生亮暗交替变化，利用光 电接受元件，将莫尔条纹亮暗变化的 光信号，转换成电脉冲信号，并与数 字显示，从而测量出标尺光栅的移动 距离。
缺点：码道多，要求制造精度高，否则，会产生很大的误差。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N 位 二进制分辨率的编码器，其码盘必须有 N 条码道。目 前国内已有 16 位的绝对编码器产品。绝对式编码器是 利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光 电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在 于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有 若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。 编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。 它的特点是： 1.2.1 可以直接读出角度坐标的绝对值； 1.2.2 没有累积误差； 1.2.3 电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由 二进制的位数来决定的， 也就是说精度取决于位数，目前有 10 位、14 位等多 种。
零位标志
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：
360 0
n
分辨率＝1 n
三、 绝对式编码器
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：定义为高电平1 暗：定义为低电平0 零位（全黑）：000000