时栅位移传感技术PPT课件
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K
f为电源频率）称为同步转速。在转子上开一 个槽，埋一根导线作为动测头a在定子线圈空 隙处埋一根导线作为定测头b，降低电源电压
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-
使电机转子自己不转也不发热，而旋转磁场M, 构成W=360度的S’匀速坐标系。当它相继掠过 动、定测头导线时，根据右手定则，在两根导 线上将分别感应出电势。当我们以任意速度v 转动转子到任意位置时，转子与参考点（定子 导线）的夹角
相位差唯一反映了两测头所处的空间位置差。 高性能比相电路对动定测头的信号进行处理, 两路信号的相位差经测量转换成时间差。
0
To
12
-
而这段时间内,a相对于b的位移正是
和累加的公式一样，这里也实现了用时间脉冲 累加来求取空间位移， 火车a的位移为：S=X+V.To （1）这里是对非匀速运动的测量，具有实用意义。
13
-
（2）测量需要建立在一个恒速运动的坐标系上， 另有一个静止的坐标系及考查点。
（3）测量与v无关，无论它是变化的、变向的 或是间断的，测量只与被测物在采样当时的位 置有关。
21
-
而另一路信号：
Ub Asin wt
22
-
测头就随转子转动, 动测头和定测头之间产生 相对角位移。该角位移对应于机械转台的角位 移,在动、定测头上分别感应出电势信号, 这两 路信号的频率是一样的, 而相位不同。定测头 信号的初相位是固定的, 动测头信号的初相位 随动测头所处位置的不同而不同这两路信号的
-
———磁场式时栅位移传感器
1
-
概述
位移(直线位移或角位移)测量是最基本、最 普遍的测量。在大量程位移测量中为了兼顾分 辨力和量程，许多传感器采用了栅式结构，如 光栅、磁栅、容栅、齿栅、感应同步器等，利 用其运动过程中某些物理量有规律的周期性变 化而形成沿空间均匀分布的“栅线”从而可以 通过对栅线的计数而得到位移量。
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-
在时空坐标转换理论下，发明了多种时栅位移传感器，例如： 差频式时栅、单齿式时栅、场式时栅、变耦变压器式时栅等。 今天和大家一起分享其中的一种—磁场式时栅。 顾名思义，这种时栅是以磁场产生的匀速坐标系S’,如下图
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-
众所周知，当三相电机中按空间120度均分的 三相定子绕组通以按时间120度均分的三相交 流电流时，在电机的定子线圈和转子线圈之间 的气隙中将形成一个行波磁场，即常说的旋转 磁场，其转速V 60 f (K为电机极对数,是一定值
VT
V Pt
式中，Pt为为离散化的时间脉冲。这样我们就可以理
解为：通过常量V已经使得Pt具有空间意义,所以可以
通过对Pt的计数实现对x 的测量。但是客观实际中大
量存在的运动是非匀速的，有时还是间断和变方向
等各种不规则运动，对此式并无实用意义。
4
-
在时栅问世之前，之前的位移传感器都是 基于这个原理做出来的。
传感器按非调制方式工作，每通过一个栅 距W产生一个脉冲Px,对其累积计数再乘以脉 冲当量W 即可得到x。这种方法的测量精度和 分辨力依赖于W,与t和v无关，为此人们追求刻 线更密、更精确。
5
-
小狗移动的距离=栅数X栅距(D=N*H)
6
-
时栅位移传感技术原理
事实上，“用时间测量空间”的思想久已 有之。在古时候，就有“跑马圈地”的做法， 即用一匹马跑一炷香的时间，代表对所需要距 离的丈量。人们在天文学中更是习惯用光年来 表示距离的量度。
11
-
在另一个静止的坐标系上的一个考查点。测量 方法是：依次考查火车a和b车厢边缘到达标志 杆的时间Ti和To,于是根据图1-25b和c可以推算 出:
Ti
To
W 0 (V v)dt 0 Vdt
Ti
Ti
Ti
To
Vdt vdt Vdt Vdt
0
0
0
Ti
Ti
Ti
vdt Vdt V (To Ti)
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-
即x=V(Ti-To)。其中运动坐标系可由以To为固定 周期的时间坐标系配合以W为固定间隔的空间 静止坐标系等效代替!两种坐标系的关系为 V=W/To。 这就是著名的时空坐标转换理论（简称TST理论） 其内涵有三点： （1）建立带时间考查点的相对匀速运动双坐标 系，则一个坐标系上的位置之差（位移），表 现为另一个坐标系上观察到的时间之差。
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-
时空坐标转换理论（简称TST理论）
在相对运动的两套坐标系中，一套坐标系 上的位置之差（位移）表现为另一套坐标系上 观察点所观察到的时间之差。因此，为了实现 用时间测量质点P的空间位移，采用静止和以 恒速V 运动的两套坐标系，其中一套坐标系带 有固定的时间考察点。当质点P有位移并用其 中一套坐标系表示，其大小等于P点和该系参 考点分别到达另一套坐标系的时间考查点的采 样时间Ti 和参考时间To 之差与V的乘积，
7
-
时：时间，或者是时钟脉冲信号
8wk.baidu.com
-
栅：栅栏
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-
思想实验-火车相对运动测量原理-图
10
-
在图中，火车a以速度v在地面行驶，为测量 其位移，带地面上设立一标志杆，依次对经过 的车厢边缘进行观测。这时是以大地为参照物， 按经过的火车数进行累加。特点是：测量过程 不受v和t的影响,过一节车厢累加1;测量的分辨 力受限于车厢的长度W。而在图1-25b中，我们 设想火车a行驶在另一列以匀速V行驶的具有相 同车厢长度的火车b上,并且是以b为运动参照坐 标系,即要测量a相对于b的位移x。这时在大地上 的标志杆应视为设
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-
（2）通过建立匀速运动坐标系，把对被测物 体的匀速要求，转化为对传感器的匀速要求， 使得用时间测变速运动物体的位移空间成为可 能。 （3）在一个匀速运动坐标系中，时间（时钟 脉冲）具有唯一的空间当量，就是V。 （4）测量属于位置测量，与质点运动速度v无 关。
17
-
在TST系统的基础上再辅以时钟脉冲源,微处理 器及相应电路,即构成一个完整的时栅传感器。 时栅位移传感器原理框图如下图
2
-
背景分析
现有的栅式位移传感器，依赖的是基于超 精密机械加工的高精度空间刻划技术，而栅线 数难以进一步提高，只能依靠电子细分，从而 引起成本、可靠性、抗干扰力等方面的问题， 直到时栅位移传感器的诞生。
3
-
事实上，对于一个匀速运动的质点，已经
可以借用时间t去测量空间x如下面公式：
T
x 0 Vdt
f为电源频率）称为同步转速。在转子上开一 个槽，埋一根导线作为动测头a在定子线圈空 隙处埋一根导线作为定测头b，降低电源电压
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使电机转子自己不转也不发热，而旋转磁场M, 构成W=360度的S’匀速坐标系。当它相继掠过 动、定测头导线时，根据右手定则，在两根导 线上将分别感应出电势。当我们以任意速度v 转动转子到任意位置时，转子与参考点（定子 导线）的夹角
相位差唯一反映了两测头所处的空间位置差。 高性能比相电路对动定测头的信号进行处理, 两路信号的相位差经测量转换成时间差。
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To
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而这段时间内,a相对于b的位移正是
和累加的公式一样，这里也实现了用时间脉冲 累加来求取空间位移， 火车a的位移为：S=X+V.To （1）这里是对非匀速运动的测量，具有实用意义。
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（2）测量需要建立在一个恒速运动的坐标系上， 另有一个静止的坐标系及考查点。
（3）测量与v无关，无论它是变化的、变向的 或是间断的，测量只与被测物在采样当时的位 置有关。
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而另一路信号：
Ub Asin wt
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测头就随转子转动, 动测头和定测头之间产生 相对角位移。该角位移对应于机械转台的角位 移,在动、定测头上分别感应出电势信号, 这两 路信号的频率是一样的, 而相位不同。定测头 信号的初相位是固定的, 动测头信号的初相位 随动测头所处位置的不同而不同这两路信号的
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———磁场式时栅位移传感器
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概述
位移(直线位移或角位移)测量是最基本、最 普遍的测量。在大量程位移测量中为了兼顾分 辨力和量程，许多传感器采用了栅式结构，如 光栅、磁栅、容栅、齿栅、感应同步器等，利 用其运动过程中某些物理量有规律的周期性变 化而形成沿空间均匀分布的“栅线”从而可以 通过对栅线的计数而得到位移量。
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在时空坐标转换理论下，发明了多种时栅位移传感器，例如： 差频式时栅、单齿式时栅、场式时栅、变耦变压器式时栅等。 今天和大家一起分享其中的一种—磁场式时栅。 顾名思义，这种时栅是以磁场产生的匀速坐标系S’,如下图
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众所周知，当三相电机中按空间120度均分的 三相定子绕组通以按时间120度均分的三相交 流电流时，在电机的定子线圈和转子线圈之间 的气隙中将形成一个行波磁场，即常说的旋转 磁场，其转速V 60 f (K为电机极对数,是一定值
VT
V Pt
式中，Pt为为离散化的时间脉冲。这样我们就可以理
解为：通过常量V已经使得Pt具有空间意义,所以可以
通过对Pt的计数实现对x 的测量。但是客观实际中大
量存在的运动是非匀速的，有时还是间断和变方向
等各种不规则运动，对此式并无实用意义。
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在时栅问世之前，之前的位移传感器都是 基于这个原理做出来的。
传感器按非调制方式工作，每通过一个栅 距W产生一个脉冲Px,对其累积计数再乘以脉 冲当量W 即可得到x。这种方法的测量精度和 分辨力依赖于W,与t和v无关，为此人们追求刻 线更密、更精确。
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小狗移动的距离=栅数X栅距(D=N*H)
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时栅位移传感技术原理
事实上，“用时间测量空间”的思想久已 有之。在古时候，就有“跑马圈地”的做法， 即用一匹马跑一炷香的时间，代表对所需要距 离的丈量。人们在天文学中更是习惯用光年来 表示距离的量度。
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在另一个静止的坐标系上的一个考查点。测量 方法是：依次考查火车a和b车厢边缘到达标志 杆的时间Ti和To,于是根据图1-25b和c可以推算 出:
Ti
To
W 0 (V v)dt 0 Vdt
Ti
Ti
Ti
To
Vdt vdt Vdt Vdt
0
0
0
Ti
Ti
Ti
vdt Vdt V (To Ti)
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即x=V(Ti-To)。其中运动坐标系可由以To为固定 周期的时间坐标系配合以W为固定间隔的空间 静止坐标系等效代替!两种坐标系的关系为 V=W/To。 这就是著名的时空坐标转换理论（简称TST理论） 其内涵有三点： （1）建立带时间考查点的相对匀速运动双坐标 系，则一个坐标系上的位置之差（位移），表 现为另一个坐标系上观察到的时间之差。
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时空坐标转换理论（简称TST理论）
在相对运动的两套坐标系中，一套坐标系 上的位置之差（位移）表现为另一套坐标系上 观察点所观察到的时间之差。因此，为了实现 用时间测量质点P的空间位移，采用静止和以 恒速V 运动的两套坐标系，其中一套坐标系带 有固定的时间考察点。当质点P有位移并用其 中一套坐标系表示，其大小等于P点和该系参 考点分别到达另一套坐标系的时间考查点的采 样时间Ti 和参考时间To 之差与V的乘积，
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时：时间，或者是时钟脉冲信号
8wk.baidu.com
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栅：栅栏
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思想实验-火车相对运动测量原理-图
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在图中，火车a以速度v在地面行驶，为测量 其位移，带地面上设立一标志杆，依次对经过 的车厢边缘进行观测。这时是以大地为参照物， 按经过的火车数进行累加。特点是：测量过程 不受v和t的影响,过一节车厢累加1;测量的分辨 力受限于车厢的长度W。而在图1-25b中，我们 设想火车a行驶在另一列以匀速V行驶的具有相 同车厢长度的火车b上,并且是以b为运动参照坐 标系,即要测量a相对于b的位移x。这时在大地上 的标志杆应视为设
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（2）通过建立匀速运动坐标系，把对被测物 体的匀速要求，转化为对传感器的匀速要求， 使得用时间测变速运动物体的位移空间成为可 能。 （3）在一个匀速运动坐标系中，时间（时钟 脉冲）具有唯一的空间当量，就是V。 （4）测量属于位置测量，与质点运动速度v无 关。
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在TST系统的基础上再辅以时钟脉冲源,微处理 器及相应电路,即构成一个完整的时栅传感器。 时栅位移传感器原理框图如下图
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背景分析
现有的栅式位移传感器，依赖的是基于超 精密机械加工的高精度空间刻划技术，而栅线 数难以进一步提高，只能依靠电子细分，从而 引起成本、可靠性、抗干扰力等方面的问题， 直到时栅位移传感器的诞生。
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事实上，对于一个匀速运动的质点，已经
可以借用时间t去测量空间x如下面公式：
T
x 0 Vdt