时栅位移传感器原理介绍

3.时栅传感器系统的优势
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图示为针对圆分度测量考虑了一种设计方 案如图3所示。采用速度为V的恒速同步电动机 ，轴上安装一个单齿，用它来构成W=360°的 运动标尺。在绕电动机轴线作回转运动的分度 转台上安装测头线圈a，其运动反映了被测物体 的角位移。另有一固定于底座上的测头线圈b， 也就是相当于坐标原点。当电动机带动单齿匀 速旋转分别掠过动、定测头a、b 时，将分别感 应出脉冲序列Pa和Pb， Pb相位保持不动，而 Pa相位将随测头a也就是被测物体的转动而移 动，于是用时钟脉冲Pt对Pa和Pb之间的相位差 进行插补计数，位置差（位移）反映为时间差。 由于时钟频率很高，分辨率可以做得很高。
2.时栅位移传感器原理
本节参考了《精密时栅位移传感器研究》
2.时栅位移传感器原理
图1 在一个基准尺上刻线，栅距为W，运动 质点a以任意方向和任意速度v运动，每过一 道栅线发一个脉冲，配合辨向计数电路，可 得到其位移。为了保证分辨率和精度，必须 保证标尺刻线“既要密，又要精”。
图2 设想一把无限长栅线尺以恒速V运动起来， 每一道栅线在经过运动质点a和坐标原点b时， 会得到瞬时时刻To和Ti。于是a点相对于b点的 位移，成为栅线观测到的时间之差，则位移为 。
t=0时，两坐标系原点 重合,则t=t时刻，P点在 S的位置是：
如事先在 S 上距离原点 任意距离 W 处设有一考 查点，则可推出P 点到 达 W 点的时间： 以上P点的位移值与其 运动速度方向等参数无 关，可用于任意方式运 动的物体的位移测量。
如果 P 点在 S′发生位移 x′，P 点到达W 点 的时间将由 To变成 Ti ，而参考点 O′到达的时 间仍为 To，P点在 S 的 位置是：
1.位移的时空测量方法
位移空间测量 实质是被 测空间量与基准空间量的 比对测量和累计；分辨率 受限于W 的刻划精度。
位移时间测量 位移可以 用一系列高频率高精度的 时钟脉冲来表征；高精度 要求被测物作恒速运动。
1.位移的时空测量方法
时Байду номын сангаас坐标转换理论 按照“用时间测量空间”的思路， 借助伽里略变换，提出了“带时间考查点的相对运动双 坐标系”思想，将位置之差变成时间之差进行测量；
位移的时空测量方法
目 录
时栅位移传感器原理
时栅传感器系统的优势
本节参考了《新型时栅位移传感器研究_陈锡侯》 P9—P15
1.位移的时空测量方法
在几何量计量中一般以空间量作为基准，通过被测量与基准量的比较实现测 量，基准量与被测量之间均是空间对空间的关系。在 20 世纪 60 年代，国际上采 用激光的波长来做位移基准，研制出了激光干涉仪。激光波长由频率决定，频 率是时间量，因此时间和空间统一起来了，可算一次飞跃。激光干涉仪是目前测 量长度精度最高的仪器，也可用于高精度小角度测量，但由于激光干涉仪对环境 要求严格、价格昂贵，所以只在计量仪器标定时得到广泛应用，并没有能变动工 程测量中的空间对空间关系。 目前，在位移测量中，为了兼顾分辨率和量程，广泛采用的是光栅、感应同 步器、磁栅和容栅等栅式传感器和码盘式传感器。上述几种位移传感器中光栅应用 最广泛。目前，世界光栅市场基本被德国海德海因Heidenhain公司和英国雷尼绍 Renishaw公司占领。中国从德国进口的Heidenhain圆光栅最高精度为±1″（进口 ±0.5″光栅需经中、德两国政府严格审批，很难购到），价格为 4.5 万元。光栅技 术虽出现了几十年，但我国尚无能力大批量制造高精度商品化光栅。究其原因，主 要是由于光栅制造工艺复杂，对相关配套技术要求很高。