传感器与检测技术第十三章 常见物理量的测量

e eS eC kUm sin( ) cos t
感应同步器相当于调幅器，可由幅值变化测量位移量。
13.1 感应同步器
e eS eC kUm sin( ) cos t
感应同步器 放大器
Sin 函数变换器 开关 转换计数器
Cos 振荡器 逻辑控制电路 计数器 显示
在滑尺的正、余弦绕组上施加频率和相位相同、但幅 值不同（注意：幅值是随电压细分角θ变化的）的正弦 激励电压，即 U S U sm sin t U Sm U m sin UC Ucm sin t U cm U m cos 则正、余弦绕组在定尺上产生的感应电势分别为： 结论：感应电动势 es kU sm cos t cos 2 x 的幅值随机械位移 W eC kUcm cos t sin 角φ变化，即与位 移x有关。 定尺上产生的总感应电势为：
14.1 感应同步器
1、感应同步器的基本结构 由定尺和滑尺组成，其绕组分布不同——定尺是连 续绕组，滑尺则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置 成在空间相差90相角，又称为正、余弦绕组。 直 线 型 感 应 同 步 器
13.1 感应同步器
外形及结构
滑尺
定尺 固定孔
去信号处理电路
13.1 感应同步器
2、感应同步器的工作原理 定尺或滑尺其中一 种绕组上通以交流 激励电压，由于电 磁耦合，在另一种 绕组上就产生感应 电动势，该电动势 随定尺与滑尺的相 对位置不同呈正弦、 余弦函数变化。通 过对此信号的处理， 可测量出直线位移 量。
13.1 感应同步器
1.25W 定 尺
A点 滑 尺 的 位 置 B点 C点 D点 E点
在直光栅中，若 a 为刻线宽度， b 为缝隙宽度，则 W ＝a+b称为光栅的栅距(也称光栅常数)。通常a＝b，或 a：b＝1.1：0.9。
透射光栅
13.2 光栅数字传感器
构成：主光栅 -- 标尺光栅，动 光栅（长）； 指示光栅 --- 定 光栅（短） 两者栅距W相同 主光栅长度---测量范围； 刻线密度---测量精度(10、25、50、100、125线/mm )
与门
感应同步器鉴幅位移测量方框图
13.1 感应同步器
鉴相法——根据感应电势的相位来鉴别位移量。 在滑尺的正弦、余弦绕组上供给频率相同、相位 差为90的交流电压励磁即
uS U m sin t uc U m cos t
定尺输出的总感应电势为
结论：感应电动势与激 励电压的相位差随机械 位移角φ变化，即与位 移x有关。
莫尔条纹的间距B与两 光栅线纹夹角θ之间的 关系为：
B
W 2 sin

2
wk.baidu.com
W

KW
K为放大倍数
1、光栅的类型和结构
光栅是在基体（玻璃或金属）上刻有均匀分布条纹 的光学元件。用于位移测量的光栅称为计量光栅。 计量光栅分为透射式及反射式两种。前者使光线通 过光栅后产生明暗条纹，后者反射光线并使之产生明 暗条纹。 测量直线位移的光栅为直光栅（长光栅），测量角 位移的光栅为圆光栅。
13.2 光栅数字传感器
传感器与检测技术
制作
传感器与检测技术
第十四章 典型参量的测量
1.掌握感应同步器的工作原理及应用
2.掌握光栅传感器的工作原理及应用
3.掌握流量的测量方法
第十四章 典型参量的测量 13.1 感应同步器
感应同步器是应用电磁感应原理来测量直线位移 或转角位移的一种器件。测量直线位移的称为直线感 应同步器，测量转角位移的称为圆感应同步器。 可作大范围的位移测量； 制造成本低，安装使用方便； 对工作环境条件要求不高，抗干扰能力强； 测量精度受到测量方法的限制（传统测量方法的测 量精度约为2～5μm）。 广泛用于雷达天线定位、程控数控机床及高精 度重型机床及加工中测量装置等。
S S S S S y
N N N N N 红色曲线：正弦绕组的感 应电势(有效值）曲线 D B C x 蓝色曲线：余弦绕组的 感应电势（有效值曲线
感应电势
O
A
感应电势与两绕组相对位置关系
14.1 感应同步器
直线型感应同步器
13.1 感应同步器
3.感应同步器的信号处理 感应同步器的励磁方式可分为两大类：
2 x e eS eC kUm sin( t ) W
通过鉴别感应电动势的相位，例如同励磁电压us比相， 即可得知φ的大小，通过关系式确定出定尺和滑尺之间 的相对位移x。
13.1 感应同步器
4.感应同步器的应用：数显表
13.1 感应同步器
在磨床测长系统中的应用
第十三章 典型参量的测量 13.2 光栅传感器
一类是以滑尺（或定子）励磁，由定尺（或转子）取 出感应电动势信号；
另一类以定尺（或转子）励磁，由滑尺（或定子）取 出感应电动势信号。 目前在实用中多数用前一类励磁方式。 其信号处理方式可分为鉴幅方式和鉴相方式两种—— 分别用输出感应电动势的幅值或相位来进行处理。
13.1 感应同步器
鉴幅法——根据感应电势的幅值来鉴别位移量。
13.2 光栅数字传感器
莫尔条纹的形成及特点
当指示光栅和标尺光栅的线纹相交一个微小的夹角 时，由于挡光效应(当线纹密度≤50条/mm时)或光的衍 射作用(当线纹密度≥100条/mm时)，在与光栅线纹大 致垂直的方向上(两线纹夹角的等分线上)产生出亮、 暗相间的条纹——称为“莫尔条纹”。
13.2 光栅数字传感器
13.2 光栅数字传感器
光栅的外形及结构
尺身 尺身安装孔 防尘保护罩的内部为长光栅
反射式扫描头 扫描头安装孔 电缆
13.2 光栅数字传感器
反射式光栅
13.2 光栅数字传感器
透射式光栅
13.2 光栅数字传感器
2、光栅数字传感器的工作原理 光栅数字传感器主 要由标尺光栅、指 示光栅、光路系统 和光电元件等组成。 标尺光栅的有效长 度即为测量范围。 两光栅相互重叠，两 必要时，标尺光栅 d(取 者之间有微小的空隙 还可接长。 d ＝W 2/λ，W为栅距，λ 为有效光波长)，指示光 栅固定，标尺光栅随着被 测物体移动，即可实现位 移测量。