机电一体化教案2.docx

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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -机电一体化教案（讲稿）第三章淮南联合高校老师授课教案章节名称第 3 章检测环节教学名称第 1 节位置检测环节的构成和接口教学时数教学目标学时 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结课程重点难点1把握光栅的结构，工作原理，摩尔条纹计数概念2把握脉冲编码器的结构和工作原理，分类，应用特点3懂得感应同步器，旋转变压器，磁栅的工作原理，应用特点可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 栅的结构，工作原理，摩尔条纹计数概念2. 脉冲编码器的结构和工作原理，分类，应用特点3. 光电信号的检测、

2、整形、辨向、计数电路的原理分析教学方法及手段1课堂理论课讲授2多媒体教学课件播放帮助教学教学过程准时间安排：概述在机电一体化产品中，无论是机械电子化产品（如数控机床），仍是机电相互融合的高级产品（如机器人），都离不开检测与传感器这个重要环节。如没有传感器对原始的各种参数进行精确而牢靠的自动检测，那么信号转换、信息处理、正确显示、掌握器的正确掌握等，都是无法进行和实现的。检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成部分，用于实现计测功能。在机电一体化产品中，传感器的作用就相当于人的感官，用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量（如力、位移、速度、位置等）及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后再通

3、过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来，反馈给掌握装置或送去显示。实现上述功能的传感器及相应的信号检测与处理电路，就构成了机电一体化产品中的检测系统。随着现代测量、掌握及自动化技术的进展，传感器技术越来越受到人们的重视，应用越来越普遍。 凡是应用到传感器的的方，必定相伴着相应的检测系统。传感器与检测系统可对各种材料、机件、现场等进行无损探伤、测量和计量。对自动化系统中各种参数进行自动检测和掌握。特殊是在机电一体化产品中，传感器及其检测系统不仅是一个必不行少的组成部分，而且已成为机与电有机结合的一个重要纽带。一、传感器的分类传感器种类繁多，分类方法也有多种，可以按被

4、测物理量分类，这种分法明确表达了传感器的用途，便于依据不同用途挑选传感器。仍可按工作原理分类，这种分法便于学习、懂得和区分各种传感器。机电一体化产品主要以微型运算机作信息处理机和掌握器，传感器猎取的有关外界环境及自身状态变化的信息，一般反馈给运算机进行处理或传感开关接触型（如微动开关、行程开关、接触开关）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可

5、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结器型（二 值型）模拟型数字型非接触型（如光电开关、接近开关）电阻型（如电位器、电阻应变片等） 电压、电流型（如热电偶、光电池等）电感、电容型（如电感、电容式位移传感器）计数型（二值计数器）代码型（如旋转编码器、磁尺等）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2 1 传感器按输出信号性质分类实施掌握。因此，这里将传感器按输出信号的性质分类，分为开关型、模拟型和数字型，如图2 1 所示。开关型传感器只输出“ 1 ”和“ 0”或开（ ON）和关（ OFF）两个值。假如传感器的输入物理量达到某个值以上时，其输出为“1”（ ON状态），在该值以下

6、时输出为“0”（ OFF状态），其临界值就是开、关的设定值。这种“1”和“ 0”数字信号可直接送入微型运算机进行处理。数字型传感器有计数型和代码型两大类。计数型又称脉冲计数型，它可以是任何一种脉冲发生器，所发出 的脉冲数与输入量成正比，加上计数器就可以对输入量进行计数。计数型传感器可用来检测通过 输送带上的产品个数，也可用来检测执行机构的位移量，这时执行机构每移动肯定距离或转动一 定角度就会发出一个脉冲信号，例如光栅检测器和增量式光电编码器就是如此。代码型传感器即 肯定值式编码器，它输出的信号是二进制数字代码，每一代码相当于一个肯定的输入量之值。代 码的“ 1”为高电平， “ 0”为低电平，高

7、低电平可用光电元件或机械式接触元件输出。通常被用来检测执行元件的位置或速度，例如肯定值型光电编码器、接触型编码器等。模拟型传感器输出是与输入物理量变化相对应的连续变化的电量。传感器的输入/ 输出关系可能是线性的，也可能是非线性的。线性输出信号可直接采纳，而非线性输出信号就需进行线性化处理。这些线性信号一般需进行模拟/ 数字转换（A/D），将其转换成数字信号后再送给微型运算机处理。传感器的进展方向由于传感器位于检测系统的入口，是猎取信息的第一个环节，因此它的精度、牢靠性、稳固性、抗干扰性等直接关系到机电一体化产品的整机性能指标。因此，传感器的讨论与开发始终受到人们的重视，传感器的性能不断提高，主

8、要表现在以下几个方面：（一）新型传感器的开发鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启示人们进一步发觉新现象、采纳新原理、 开发新材料、采纳新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是进展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。总之，传感器正经受着从以结构型为主转向以物性型为主的过程。（二）传感器的集成化和多功能化随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的进展，显现了多种集成化传感器。这类传感器，或是同一功能的多个敏锐元件排列成线性、面型的阵列型传感器。或是多种不同功能的敏锐元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的传感器。或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成

9、一体具有多种功能实现了横向和纵向的多功能。（三）传感器的智能化 “电五官”与“电脑”的相结合，就是传感器的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -转换功能，同时仍具有记忆、储备、解析、统计处理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步将传感器与运算机的这些功能集成于同一芯片上，就成为智能传感器。3.1位置检测环

10、节的构成和接口3.1.1 感应同步器1。概述及应用特点感应同步器是利用电磁感应原理把两个平面绕组间的位移量转换成电信号的一种位移传感器。按测量机械位移的对象不同可分为直线型和圆盘型两类，分别用来检测直线位移和角位移。由于它成本低，受环境温度影响小，测量精度高，且为非接触测量，所以在位移检测中得到广泛应用，特殊是在各种机床的位移数字显示、自动定位和数控系统中。2。感应同步器的结构直线型感应同步器由定尺和滑尺两部分组成，如图2 5 所示。图2 6 为直线型感应同步器定尺和滑尺的结构。其制造工艺是先在基板（玻璃或金属）上涂上一层绝缘粘合材料，将铜箔粘牢，用制造印刷线路板的腐蚀方法制成节距T 一般为2

11、mm的方齿形线圈。定尺绕组是连续的。滑 尺上分布着两个励磁绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。滑尺和定尺相对平行安装，其间保持肯定间隙（ 0.050.2mm ） 。3。感应同步器的工作原理在滑尺的正弦绕组中，施加频率为f （一般为210kHz ）的交变电流时，定尺绕组感应出频率为 f 的感应电势。感应电势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。当两绕组同向对齐时，滑尺绕组磁通全部交链于定尺绕组，所以其感应电势为正向最大。移动1/4 节距后，两绕组磁通不交链，即交链磁通量为零。再移动1/4 节距后，两绕组反向时，感应电势负向最大。依次类推

12、，每移动一节距，周期性的重复变化一次，其感应电势随位置按余弦规律变化，见图2 7 a。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.259.5-0.02249.90 -0.07249.67可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结888548772.069.510012图 2 5直线型感应同步器的组成1定尺2 滑尺250mmT1/4TU定尺0滑尺x可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结正弦图励磁2 6直U s线型感应同U步cA绕组sin器定尺、余滑弦励尺磁的结构B绕组cos可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习

13、资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -22UU势势电电应应感x感x节距节距图 2 7定尺感应电势波形图a) a）仅对 A 绕组激磁b）仅对 bB 绕组激磁同样，如在滑尺的余弦绕组中，施加频率为 f 的交变电流时，定尺绕组上也感应出频率为 f 的感应电势。其感应电势随位置按正弦规律变化。见图 2 7b。设正弦绕组供电电压为 Us，余弦绕组供电电压为 Uc ，移动距离为 x，节距为 T，就正弦绕组单

14、独供电时，在定尺上感应电势为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结UKU s cos x 360o2TKU s cos2 9可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结余弦绕组单独供电所产生的感应电势为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U2KU c sin x T360 oKU c sin2 10可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行线性叠加，所以定尺上总的感应电势为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结UUU 222KU s cosKU c sin2 11可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结

15、式中K定尺与滑尺之间的耦合系数。定尺与滑尺相对位移的角度表示量（电角度）。 x 360o2 xTTT节距，表示直线感应同步器的周期，标准式直线感应同步器的节距为2mm。感应同步器是利用感应电压的变化来进行位置检测的。依据对滑尺绕组供电方式的不同，以及对输出电压检测方式的不同，感应同步器的测量方式有相位和幅值两种工作法，前者是通过检测感应电压的相位来测量位移，后者是通过检测感应电压的幅值来测量位移。 4 。测量方法1. 相位工作法o当滑尺的两个励磁绕组分别施加相同频率和相同幅值，但相位相差90 的两个电压时，定尺感应电势相应随滑尺位置而变。设可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U s

16、U msint2 12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U cU m cost2 13可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就U 2U 2U 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结= KUm sint cosKU m cost sin2 14可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=KU m sint从上式可以看出，感应同步器把滑尺相对定尺的位移x 的变化转成感应电势相角的变化。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编

17、辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -因此，只要测得相角，就可以知道滑尺的相对位移x：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结x2. 幅值工作法360 o T2 15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在滑尺的两个励磁绕组上分别施加相同频率和相同相位，但幅值不等的两个沟通电压可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U sU m sinsint2 16可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U cU m cossint2 17可编辑资

18、料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据线性叠加原理，定尺上总的感应电势U2 为两个绕组单独作用时所产生的感应电势U2和 U2 之和。即UUU222可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结KU m sinsint cosKU m cossint sin2 18可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结KU m sin KU m sincos sincos tsin sint可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中K Umsin （）感应电势的幅值。Um 滑尺励磁电压最大的幅值。 滑尺沟通励磁电压的角频率，=2f 。指令位移角。由上式知，感应电势U2 的幅值随（）作

19、正弦变化，当=时， U2 =0。随着滑尺的移动，逐步变化。因此，可以通过测量U2 的幅值来测得定尺和滑尺之间的相对位移。3.1.2 旋转变压器旋转变压器概述旋转变压器是一种利用电磁感应原理将转角变换为电压信号的传感器。由于它结构简洁，动作灵敏，对环境无特殊要求，输出信号大，抗干扰好，因此被广泛应用于机电一体化产品中。（一）旋转变压器的构造和工作原理旋转变压器在结构上与两相绕组式异步电机相像，由定子和转子组成。当从肯定频率（频率通常为400Hz、500Hz、1000Hz 及 5000Hz 等几种）的激磁电压加于定子绕组时，转子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或在肯定转角范畴内与转角

20、成正比关系。前一种旋转变压器称为正余弦旋转变压器，适用于大角位移的肯定测量。后一种称为线性旋转变压器，适用于小角位移的相对测量。D 3D 4Z4U 2D1U 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U 1学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -图 2 10正余弦变压器原理图D1D2激磁绕组D3D4帮助绕组Z1Z2余弦输出绕组Z3 Z4正弦输出绕组 如图 2 10 所示，旋转变压器一般

21、做成两极电机的形式。在定子上有激磁绕组和帮助绕组，它们的轴线相互成90。在转子上有两个输出绕组正弦输出绕组和余弦输出绕组，这两个绕组的 轴线也互成90，一般将其中一个绕组（如Z1、Z2）短接。（二）旋转变压器的测量方式当定子绕组中分别通以幅值和频率相同、相位相差为90的交变激磁电压时，便可在转子绕组中得到感应电势U3，依据线性叠加原理，U3 值为激磁电压U1 和 U2 的感应电势之和，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结oU 1U m sint U 2U m cost2 272 28可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U 3kU 1 sinkU 2 sin90kUm

22、cost2 29可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中k =w1/ w2旋转变压器的变压比。 w1 、w2 转子、定子绕组的匝数。可见，测得转子绕组感应电压的幅值和相位，可间接测得转子转角的变化。线性旋转变压器实际上也是正余弦旋转变压器，不同的是线性旋转变压器采纳了特定的变压比 k 和接线方式，如图2 11。这样使得在肯定转角范畴内（一般为60），其输出电压和转 子转角 成线性关系。此时输出电压为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U 3kU 11sink cos2 30可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据此式，选定变压比k 及答应的非线性度，就可推算

23、出满意线性关系的转角范畴（图2 12）。如取k =0.54 ，非线性度不超过0.1%，就转子转角范畴可以达到60。D 1Z1U 1D 2Z2图 2 11线性旋转变压器原U理3图D3D 4Z 3Z4U 3-180 -60 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2 12转子转角0与输出60电压U 3 的18关0系曲线 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结光栅位置检测装置3.1.3 光栅可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - -

24、 - - -第 6 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -1. 光栅的种类(1) 直线光栅1）玻璃透射光栅是在玻璃的表面上用真空镀膜法镀一层金属膜，再涂上一层匀称的感光材料， 用照相腐蚀法制成透亮与不透亮间隔相等的线纹，也有用刻蜡、腐蚀、涂黑工艺制成的。玻璃透射光栅的特点是：光源可以采纳垂直入射，光电元件可直接接受光信号，因此信号幅度大，读数头结构比较简单。每毫米上的线纹数多，一般为每毫米100、125、250 条，再经过电路细分，可做到微米级的辨论率。2

25、）金属反射光栅是在钢尺或不锈钢的镜面上用照相腐蚀法或用钻石刀直接刻划制成的光栅线纹。金属反射光栅常用的线纹数为每毫米4、10、25、40、50 条，因此，其辨论率比玻璃透射光栅低。此外，也可以把线纹做成具有肯定衍射角度的定向光栅。金属反射光栅的特点是：标尺光栅的线膨胀系数很简洁做到与机床材料一样。标尺光栅的安装和调整比较便利。安装面积较小。易于接长或制成整根的钢带长光栅。不易碰碎。（ 2）圆光栅在玻璃圆盘的外环端面上，做成黑白相间条纹，条纹呈辐射状，相互间夹角（称为栅距角）相等。依据不同的使用要求在圆周内的线纹数也不相同。圆光栅一般有3 种形式：1）六十进制，如圆周内的线纹数为：10800，

26、21600， 32400， 64800 等。2）十进制，如圆周内的线纹数为：1000 ，2500， 5000 等。3）二进制，如圆周内的线纹数为：512， 1024， 2048 等。2. 直线透射光栅的组成及工作原理（ 1）直线透射光栅的组成原理光栅由标尺光栅（又称长光栅）和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床活动部件上（如工作台上或丝杠上），光栅读数头安装在机床固定部件上（如机床底座上）。指示光栅（又称短光栅）装在光栅读数头中。当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上相对移动。标尺光栅和指示光栅构成了光栅尺。图6-9 所示为一光栅尺的简洁示意图，标尺光栅和指示光栅上匀

27、称刻有很多条纹，从局部放大部分看，黑的部分为不透光宽度（缝隙宽度）a，白的部分为透光宽度（刻线宽度）b，设栅距为d，就 d a+b。通常情形下，光栅尺刻线的不透光和透光宽度是一样的， 即：a=b。在安装光栅尺时， 标尺光栅和指示光栅的平行度以及两者之间的间隙（一般取0.05或 0.1 ）要严格保证。光栅读数头又称光电转换器，它由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。光栅读数头的结构形式很多，按光路分，常见的有分光读数头、垂直入射读数头、反射读数头和镜像读数头，光路图如图6-10 所示，图中Q表示光源， L 表示透镜， G表示光栅， P 表示光电元件。G1QL 1G 2SG 1L 2LP

28、PQG 2L1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结QG2G1PL2t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ a）分光读数头（ b）垂直入射读数头（c ）反射读数头图 6-10光栅读数头光路图上述光栅只能用于增量式测量方式，有的光栅读数头没有个肯定零点，当停电或其他缘由记错数字时，可以重新对零。它是在两光栅上分别有小段光栅，当这两小段光栅重合时发出零位信号，并在数字显示器中显示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢

29、迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -玻璃透射式直线光栅用玻璃制成，简洁受外界气温的影响而产生误差，而且灰尘、切屑、油污、水汽等简洁侵入，使光学系统受到杂质的污染，影响光栅信号的幅值和精度，甚至因光栅的相对运动而损坏刻线。因此，光栅必需采纳与机床材料膨胀系数接近的K8 等玻璃材料，并且要加强对光栅系统的爱护和保养。测量精度较高的光栅都使用在环境条件较好的恒温场所或进行密封。用直线光栅测量时要求标尺光栅与行程等长，通常情形下光栅的长度为1m，假如在大型机床中行程大于1m时，需要将光栅接长，此时要留意保证接口处的精度。（ 2）摩尔条纹的产生

30、和特点对于栅距d 相等的指示光栅和标尺光栅，当两光栅尺沿线纹方向保持一个很小的夹角、刻划面相对平行且有一个很小的间隙（一般取0.05mm， 0.1mm放置时，在光源的照耀下，由于光的衍射或遮光效应， 在与两光栅线纹角的平分线相垂直的方向上，形成明暗相间的条纹，这种条纹称 “莫尔条纹”。由于 角很小， 所以莫尔条纹近似垂直于光栅的线纹，故有时称莫尔条纹为横向莫尔条纹。 莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以w 表示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结标尺光栅 G 1栅距 d指示光栅 G 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - -

31、欢迎下载精品名师归纳总结暗指示光栅w明暗w /2w可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结标尺光栅明d（ a） 莫尔条纹形成原理（ b） 莫尔条纹放大原理图 6-11 光栅工作原理莫尔条纹具有如下特性：（ 1）起放大作用不难证明，在倾斜角很小时，莫尔条纹宽度w 与栅距 d 之间有如下关系：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结放大比 k 为：ddw2 sin2kw1 d（ 6-12 ）（ 6-13 ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结如取d=0.01mm， 0.02rad ，就w 5mm，k 500。可见，无需复杂的光学系统和电子放大线路，利用光的干涉现象，就能

32、把光栅的栅距d 转换成放大500 倍的莫尔条纹宽度w。（ 2）实现平均误差作用莫尔条纹是由大量光栅线纹干涉共同形成的，使得栅距之间的相邻误差被平均化了，排除了由光栅线纹的制造误差导致的栅距不匀称而造成的测量误差。（ 3）莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例当光栅移动一个栅距时，莫尔条纹也相应移动一个莫尔条纹宽度。如光栅移动方向相反，就莫尔条纹移动方向也相反。莫尔条纹移动方向与两光栅夹角移动方向垂直。这样，测量光栅水平方向移动的微小距离就可用检测莫尔条纹的变化代替。3. 直线光栅检测装置的方向辨别光源通过标尺光栅和指示光栅再由物镜聚焦射到光电元件上，光电元件把两块光栅相对移动时产生的莫尔条纹明暗

33、的变化转变为电流变化。当标尺光栅沿与其线纹垂直方向相对指示光栅移动时，如指示光栅的线纹与标尺光栅透亮间隔完全重合，光电元件接收到的光通量最小。如指示光栅的线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -纹与标尺光栅的线纹完全重合，光电元件接收到的光通量最大。因此，标尺光栅移动过程中，莫尔条纹由亮带到暗带，再由暗带到亮带，相互交替显现，透过的光强度分布近

34、似于余弦曲线，光电元件接收到的光通量也忽大忽小，产生了近似正弦曲线的电压信号。这样的信号，只能用于计数，而不能辨别方向。实际应用中，即要求有较高的检测精度，又能辨别方向。为了达到这种要求，通常使用分频电路实现。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结聚光镜光源标尺光栅指示光栅硅光电池P1 P2 P 3P 4差动整放形大器方器门向电判差别路动整放形大器器正向脉冲可逆计数反向脉冲器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结掌握回路图 6-12光栅测量系统可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Y 1A&微分Y 2A BAD （ sin ）正向反向可编辑资料 - - - 欢迎下

35、载精品名师归纳总结（ sin）差 动整形放大器（ sin）A C&Y 3&C D1 H1正向脉冲（ cos）A B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结反相微分P1CY 4 B CC&正D可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P2 P3 P4（ cos）差 动放大器整形B 微分（ cos）B DD 反相微分Y 5BC&Y 6 AB &Y 7&A DY 8 CD&向A 时B 上升C 沿D1 H2微分反向脉冲相加反向A 时B 上升C 沿D 微相加分可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ a）电路图（b）波形图图 6-13光栅测量系统四倍频鉴向电路介绍一种广泛使用的四

36、倍频鉴向电路工作原理。所谓四倍频，就是采纳四个光电元件和四个狭缝，使其与莫尔条纹相重合的位置相差1 4 栅距。这样，四个光电元件输出的正弦信号彼此之间相差 90，经过整形和规律处理后即可得到能够辨别方向的四倍频脉冲信号。图 6-13 （ a）、（b）分别为四倍频电路的规律图和波形图。当指示光栅和标尺光栅相对移动时，四个硅光电池Pl 、P2、P3、P4 产生四路相差90相位的正弦信号。将两组相差180的两个正余弦信 号 1、3 和 2、4 分别送入两个差动放大器，输出经放大整形后，得两路相差90的方波信号A 和 B。 A 和 B 两路方波一方面直接进微分电路微分后，得到前沿的两路尖脉冲A和 B。

37、另一方面经反向 器，得到分别与A和 B 相差 180的两路等宽脉冲C 和 D。C 和 D 再经微分电路微分后，得两路尖脉冲 C和 D。四路尖脉冲按相位关系经与门和A、B、C、D 信号相与，再输出给或门，输出正反向信号，其中AB、AD、CD、BC 分别通过Yl 、Y2、Y3、Y4 输出给或门Hl ，得正向脉冲，而B C、 A B、AD、CD通过Y5、Y6、Y7、Y8 输出给或门H2，得反向脉冲。当正向运动时，H1 有脉冲信号输 出， H2 就保持低电平。而反向运动时，H2 有脉冲信号输出，H1 就保持低电平。4. 提高光栅辨论精度的措施鉴向倍频电路不仅可以起到辨别方向的作用，它仍可以起到细分的作

38、用，以提高光栅的辨论率。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页，共 21 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -从上面的分析可知，从莫尔条纹原先的一个脉冲信号变为在0、90、180、270都有脉冲输出， 即在一个周期内送出了4 个脉冲。这样，辨论率提高了4 倍。例如光栅线纹密度为50 条/mm，即栅 距为 1 50mm（20m），经 4 倍频处理后，相当于将线纹密度提高到200 条/mm，工作

39、台每移动5m就会送出一个脉冲，即辨论率为5m，辨论率提高了4 倍。光栅测量系统的辨论率取决于光栅栅距2 和鉴向倍频的倍数n，即：辨论率 2/ n。光栅输出信号有两种，正弦波信号和方波信号。正弦波信号有电流型和电压型。对连续变化的正弦波信号，需经过如上所述的差动放大、整形及倍频处理后得到脉冲信号。也可采纳相位跟踪细 分，进一步提高辨论率，其原理是将输出信号与相对相位基准信号比较，当相位差超过肯定门槛时，移相脉冲门输出移相脉冲，同时使相对相位基准信号跟踪测量信号变化。这样每一移相脉冲使相对相位基准移相360n 度，即可实现n 倍细分，有八倍频、十倍频、二十倍频或更高。对方波信号，可进行二倍频和四倍频处理以提高辨论精度。5. 光栅检测装置的特点1）精度高由于激光技术的进展，光栅的制作精度得到很大提高，目前光栅精度可达到微米级，再通过细分电路可以达到0.1 m、甚至更高的辨论率，如：0.025 m。 2）无接触检测，精度可长期保持3）制造成本高，技术难度大，爱护难度大6. 光栅检测装置的选用1）技术优势明显精度最高检测数据直接微机接口传送，抗干扰性能好动态性能好，直接数显应用牢靠2）不足：成本高，接长难度大，爱护难度大3）精度