《数字式传感器》PPT课件
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式（10－6）是鉴幅法的基本方程。
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第10章 数字式传感器
脉冲调宽法
脉冲调宽法则在滑尺的正弦和余弦绕组上分别加周期 性方波电压,可认为感应电势为
当用感应同步器来测量位移时，与鉴幅法相类似，可 以调整激磁脉冲宽度φ值，用φ跟踪θ。当用感应同 步器来定位时，则可用中来表征定位距离，作为位置 指令பைடு நூலகம்使滑尺移动来改变θ，直到θ＝φ，即e＝0时 停止移动，以达到定位的目的。
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根据式（10－2），当余弦绕组单独激磁时， 感应电势为
同样，当正弦绕组单独激磁时，感应电势为
第10章 数字式传感器
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正、余弦绕组同时激磁时，根据叠加原理，总感应 电势为
由上式可知，感应电势的幅值为 KωUmsin（φ－
θ），调整激磁电压φ值，使φ＝2πx／W2，则定尺上 输出的总感应电势为零。激磁电压的中值反映了感应 同步器定尺与滑尺的相对位置。
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第10章 数字式传感器
鉴幅法
鉴幅法就是根据感应电势的幅值来测量位移 根据叠加原理，感应电势为
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第10章 数字式传感器
由上式 感应电势的幅值为KωUmsin（φ－θ），调整
激磁电压φ值，使φ＝2πx／W2，则定尺上输出的总感应 电势为零。激磁电压的中值反映了感应同步器定尺与滑尺 的相对位置。
第10章 数字式传感器 结构组成
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第10章 数字式传感器
第10章 数字式传感器
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一、感应同步器的工作原理
定尺中的感应电势随滑尺的相对移动呈周期性变化； 定尺的感应电势是感应同步器相对位置的正弦函数。 若在滑尺的正弦与余弦绕组上分别加上正弦电压us＝
生变化，θ与θ’之间出现相位差，通过鉴相器检出相 位差Δθ，并输出反映θ’滞后于θ的高电平。 该两输出信号控制脉冲移相器，使矿产生相移，θ’趋 近于θ。当到达新的平衡点时，相位跟踪即停止，这 时θ≈θ’。 在这个相位跟踪过程中，插人到脉冲移相器的脉冲数 也就是计数脉冲门的输出脉冲数，再将此脉冲数送计 数器计数并显示，即得滑尺的位移量。 另外，不足一个脉冲当量的剩余相位差，还可以通过 模拟仪表显示。
第10章 数字式传感器
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二、数字测量系统
鉴相法测量系统 图10－9为鉴相法测量系统的原理框图。它的作用
是通过感应同步器将代表位移量的电相位变化转 换成数字量。鉴相法测量系统通常由位移－相位 转换，模一数转换和计数显示三部分组成。
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第10章 数字式传感器
Ussinωt和uc＝Ucsinωt，则定尺上的感应电势es和ec 可用下式表达：
其中：K——耦合系数； θ——与位移x等值的电角度，θ＝2πx／W2
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第10章 数字式传感器
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对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁， 其输出信号的处理方式有: 1.鉴相法 2.鉴幅法 3.脉冲调宽法 三种。
相对相位基准（脉冲移相器）实际上是一个数 模转换器、它是把加。减脉冲数转换为电的相 位变化。
模数转换的关键是鉴相器。
第10章 数字式传感器
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由以上分析可见鉴相法测量系统的工作原理是： 当系统工作时，θ≈θ’，相位差小于一个脉冲当量。
若将计数器置‘0’，则所在位置为“相对零点”。 假定以此为基准，滑尺向正方向移动，Δθ的相位发
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位移－相位转换的功能是通过感应同步器将位 移量转换为电的相位移。
模数转换的主要功能是将代表位移量θ（定尺 输出电压的相位）的变化再转换为数字量。
鉴相器是一个相位比较装置，其输人来自经放 大、滤波、整形后的输出信号e，以及相对相 位基准输出信号θ’o。
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鉴幅法测量系统
此系统的作用是通过感应同步器将代表位移量的电 压幅值转换成数字量。
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第10章 数字式传感器
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三、感应同步器的接长使用
感应同步器可用于大量程的线位移和角位移的静 态和动态测量。
第十章 数字式传感器
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第10章 数字式传感器
10.1 感应同步器 110..22 光 栅 10.3 编 码 器 10.4 频率式传感器
第10章 数字式传感器
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数字式传感器:能把被测（模拟）量直接转换成数 字量输出的传感器
数字式传感器具有下列特点： 1.具有高的测量精度和分辨率，测量范围大； 2.抗干扰能力强，稳定性好； 3.信号易于处理、传送和自动控制； 4.便于动态及多路测量，读数直观； 5.安装方便，维护简单，工作可靠性高。
在数控机床、加工中心及某些专用测试仪器中常 用它作为测量元件。
与光栅传感器相比，它抗干扰能力强，对环境要 求低，机械结构简单，接长方便。
目前在测长时误差约为±1μm/250mm，测角时误 差约为±0.5”。
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第10章 数字式传感器
第二节 光 栅
光栅是由很多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均 匀相间排列构成的光器件。按工作原理，有物理光 栅和计量光栅之分，前者的刻线比后者细密。物理 光栅主要利用光的衍射现象，通常用于光谱分析和 光波长测定等方面；计量光栅主要利用光栅的莫尔 条纹现象，它被广泛应用于位移的精密测量与控制 中。
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第10章 数字式传感器
鉴相法
所谓鉴相法就是根据感应电势的相位来测量 位移。采用鉴相法，须在感应同步器滑尺的 正弦和余弦绕组上分别加频率和幅值相同， 但 相 位 差 为 V2 的 正 弦 激 磁 电 压 ， 即 us＝
Um·sinωt和uc＝Umcosωt。
第10章 数字式传感器
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第10章 数字式传感器
第一节 感应同步器
感应同步器是应用电磁感应原理把位移量转换成
数字量的传感器。
感应同步器是一种多极感应元件，由于多极结构 对误差起补偿作用，所以用感应同步器来测量位
移具有精度高、工作可靠、抗干扰能力强、寿命 长、接长便利等优点。
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脉冲调宽法
脉冲调宽法则在滑尺的正弦和余弦绕组上分别加周期 性方波电压,可认为感应电势为
当用感应同步器来测量位移时，与鉴幅法相类似，可 以调整激磁脉冲宽度φ值，用φ跟踪θ。当用感应同 步器来定位时，则可用中来表征定位距离，作为位置 指令பைடு நூலகம்使滑尺移动来改变θ，直到θ＝φ，即e＝0时 停止移动，以达到定位的目的。
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根据式（10－2），当余弦绕组单独激磁时， 感应电势为
同样，当正弦绕组单独激磁时，感应电势为
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正、余弦绕组同时激磁时，根据叠加原理，总感应 电势为
由上式可知，感应电势的幅值为 KωUmsin（φ－
θ），调整激磁电压φ值，使φ＝2πx／W2，则定尺上 输出的总感应电势为零。激磁电压的中值反映了感应 同步器定尺与滑尺的相对位置。
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鉴幅法
鉴幅法就是根据感应电势的幅值来测量位移 根据叠加原理，感应电势为
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由上式 感应电势的幅值为KωUmsin（φ－θ），调整
激磁电压φ值，使φ＝2πx／W2，则定尺上输出的总感应 电势为零。激磁电压的中值反映了感应同步器定尺与滑尺 的相对位置。
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一、感应同步器的工作原理
定尺中的感应电势随滑尺的相对移动呈周期性变化； 定尺的感应电势是感应同步器相对位置的正弦函数。 若在滑尺的正弦与余弦绕组上分别加上正弦电压us＝
生变化，θ与θ’之间出现相位差，通过鉴相器检出相 位差Δθ，并输出反映θ’滞后于θ的高电平。 该两输出信号控制脉冲移相器，使矿产生相移，θ’趋 近于θ。当到达新的平衡点时，相位跟踪即停止，这 时θ≈θ’。 在这个相位跟踪过程中，插人到脉冲移相器的脉冲数 也就是计数脉冲门的输出脉冲数，再将此脉冲数送计 数器计数并显示，即得滑尺的位移量。 另外，不足一个脉冲当量的剩余相位差，还可以通过 模拟仪表显示。
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二、数字测量系统
鉴相法测量系统 图10－9为鉴相法测量系统的原理框图。它的作用
是通过感应同步器将代表位移量的电相位变化转 换成数字量。鉴相法测量系统通常由位移－相位 转换，模一数转换和计数显示三部分组成。
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Ussinωt和uc＝Ucsinωt，则定尺上的感应电势es和ec 可用下式表达：
其中：K——耦合系数； θ——与位移x等值的电角度，θ＝2πx／W2
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对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁， 其输出信号的处理方式有: 1.鉴相法 2.鉴幅法 3.脉冲调宽法 三种。
相对相位基准（脉冲移相器）实际上是一个数 模转换器、它是把加。减脉冲数转换为电的相 位变化。
模数转换的关键是鉴相器。
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由以上分析可见鉴相法测量系统的工作原理是： 当系统工作时，θ≈θ’，相位差小于一个脉冲当量。
若将计数器置‘0’，则所在位置为“相对零点”。 假定以此为基准，滑尺向正方向移动，Δθ的相位发
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位移－相位转换的功能是通过感应同步器将位 移量转换为电的相位移。
模数转换的主要功能是将代表位移量θ（定尺 输出电压的相位）的变化再转换为数字量。
鉴相器是一个相位比较装置，其输人来自经放 大、滤波、整形后的输出信号e，以及相对相 位基准输出信号θ’o。
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此系统的作用是通过感应同步器将代表位移量的电 压幅值转换成数字量。
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三、感应同步器的接长使用
感应同步器可用于大量程的线位移和角位移的静 态和动态测量。
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10.1 感应同步器 110..22 光 栅 10.3 编 码 器 10.4 频率式传感器
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数字式传感器:能把被测（模拟）量直接转换成数 字量输出的传感器
数字式传感器具有下列特点： 1.具有高的测量精度和分辨率，测量范围大； 2.抗干扰能力强，稳定性好； 3.信号易于处理、传送和自动控制； 4.便于动态及多路测量，读数直观； 5.安装方便，维护简单，工作可靠性高。
在数控机床、加工中心及某些专用测试仪器中常 用它作为测量元件。
与光栅传感器相比，它抗干扰能力强，对环境要 求低，机械结构简单，接长方便。
目前在测长时误差约为±1μm/250mm，测角时误 差约为±0.5”。
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第二节 光 栅
光栅是由很多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均 匀相间排列构成的光器件。按工作原理，有物理光 栅和计量光栅之分，前者的刻线比后者细密。物理 光栅主要利用光的衍射现象，通常用于光谱分析和 光波长测定等方面；计量光栅主要利用光栅的莫尔 条纹现象，它被广泛应用于位移的精密测量与控制 中。
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鉴相法
所谓鉴相法就是根据感应电势的相位来测量 位移。采用鉴相法，须在感应同步器滑尺的 正弦和余弦绕组上分别加频率和幅值相同， 但 相 位 差 为 V2 的 正 弦 激 磁 电 压 ， 即 us＝
Um·sinωt和uc＝Umcosωt。
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第一节 感应同步器
感应同步器是应用电磁感应原理把位移量转换成
数字量的传感器。
感应同步器是一种多极感应元件，由于多极结构 对误差起补偿作用，所以用感应同步器来测量位
移具有精度高、工作可靠、抗干扰能力强、寿命 长、接长便利等优点。
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