第6章 数字式传感器

数字传感器的分类

直接以数字量形式输出的传感器：如直接编码传感器； 以脉冲形式输出的传感器：如光栅、磁栅、感应同步器等； 以频率形式输出的传感器
6.1 编码器
6.1.1 直接编码器
直接编码器即直接编码式传感器，又称绝对编码器，是直接将角位移或线位移转换 为二元码（即0和1）的数字式传感器。
只要适当限制各码道制作误差和安装误差，就不会产 生粗误差。 由于这一原理，使得循环码盘获得广泛应用。 图 6－1－2 二元码盘
3）二进码与循环码的转换
360o 四位二进制码盘和四位循环码盘的分辨率都是 1 4 ，它们所能表示的角度 2 4 值共有 2 个： N , N 0,1,2,...,15 1
位二元码
盘的最小分辨力为
360o 1 n 2
Hale Waihona Puke Baidu当狭缝对准码盘的 n 0,1,2,...15 位置时，得到的 数码将分别为
0000,0001,00010,...1111
图 6－1－2 二元码盘
二进制码的缺点：每个码道的黑白分界线总有一半与 相邻内圈码道的黑白分界线式对齐的，这样会因黑白 分界线刻画不精确造成粗误差。采用其他有权编码也 存在类似问题。
第六章 数字式传感器
模拟量传感器：把输出量为模拟量的转换器统称为模拟式传感器。 在数字化测量和控制系统中，模拟式传感器的输出必须经过模数转换，才能转换 成数字量。 数字式传感器：能把被测模拟量转换成数字量输出的传感器就是数字传感器。 数字传感器的优点：同模拟式传感器相比，数字式传感器不仅测量精度和分辨率 更高，抗干扰能力更强，稳定性更好，测量范围更大，而且易于与计算机接口实 现智能化，数字信号便于传输、存储和处理，电路也便于集成化。 因此数字传感器是传感器的发展方向之一。
正确时，0111变为1000 若不够精确，错为 aa 0111变为0000变为1000 错为 aa 0111变为1111变为1000 粗误差 图6-1-3 二进码盘的粗误差
为消除粗误差 4位循环码盘 与二进制码盘相同处：
最小分辨力同二进制码盘。
最内圈也是半透光半不透光，对应位 R1 ， 最外圈是第 n 码道，对应 Rn 位。 与二进制码盘不同处： 第二码道也是一半透光一半不透光。 第 i 码道分为 2i1 个黑白间隔 360o 第 i 码道黑白分界线与第 i 1 码道黑白分界线错开 2i （黑白分界线没有对齐的） 循环码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化。
二进制码为有权码，但循环码不满足以上关系式，循环码为无权码。
循环码的优势： 从表中看出，任意相邻的两组循环码，都有一位而且只有一位码发生变化，而 相邻的两组二进制码，却有可能有多位同时变化。这就是二进制码容易产生粗 差的原因，循环码就避免了这个问题。 找到循环码与二进制码之间的对应关系，就可以利用
十进制数 N 、二进制码 C1C2C3C4 、循环码 R1R2 R3 R4 的对照关系参见表6-1-1 十进制数 N 与 n 位二进制码满足以下关系 码盘转角 与转换出的二进制数码 C1C2 ...Cn
N Ci 2ni
i 1 n
及十进制数 N 的对应关系为
n 360o 360o n ni o N1 N n n Ci 2 360 Ci 2i 2 2 i1 i 1
2）码制与码盘 码盘所用码制分类：二进码、循环码（格雷码）、 十进制码、六十进制（度、分、秒进制）码等。
四位二元码如图所示 （上图为二进制，下图为循环码） 上图 二进制：
最内圈码道为第一码道，半圈透光半圈不透光，对应 二进制码的最高位 C1 。最外圈为第 n 码道，共分成
2n 个亮、暗间隔，对应最低位 Cn ， n
R1R2R3R4……Rn

C1C2C3……Cn-1 C1C2C3C4……Cn
n 360o 360o n ni o N1 N n n Ci 2 360 Ci 2i 2 2 i1 i 1
得到循环码与角度对应的关系。
图 6－1－4 二进制码转化为循环码的电路 C1C2C3C4……Cn

C1C2C3……Cn-1 R1R2R3R4……Rn
图 6－1－5 循环码转换为二进制码的电路
按用途分为：
按结构分为：
测长的直线式（实际应用较少）
测角的旋转式（实际应用较多）两类。

电刷接触式 电磁式 光电式（性价比最高，应用最广）
光电式直接编码器 1）工作原理
图 6－1－1 光电绝对编码器结构示意图 转角 这个模拟量可以转化成相应的由 n 位二 元码表示的数字量。 图 6－1－2 二元码盘