数字式传感器 数字式传感器

数字式传感器是一种能把被测模拟量直接转换为数字量输出的装置。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。

数字式传感器
学习要点：
1.了解常用数字式位移传感器的性能、特点及适用范围
2.掌握光栅数字传感器的工作原理、测量电路
3.了解数字式传感器的应用
数字式传感器是一种能把被测模拟量直接转换为数字量输出的装置。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。
一、光栅数字传感器
计量光栅传感器是一种利用光栅的莫尔条纹现象，对位移进行精密测量的数字式传感器。通常由光源、光栅副、光电元件和测量电路等组成，其中光栅副是光栅传感器的主要部分，刻线密度由测量精度来决定，一般主光栅和指示光栅的刻线密度相同。测量时，把标尺光栅与被测对象相联结，使之随其一起运动。当标尺光栅沿着垂直于刻线的方向相对于指示光栅移动时，莫尔条纹就沿着近似垂直于光栅移动的方向运动。光栅移动一个栅距d，莫尔条纹相应地运动一个莫尔条纹间距B。利用光电接收元件将莫尔条纹亮暗变化的光信号转换成电脉冲信号，并用数字显示，从而测量出标尺光栅移动的距离。
莫尔条纹具有运动对应关系、位移放大作用和误差平均效应三种重要的基本特性。
光栅的位移变成莫尔条纹的移动后，经光电转换变成电信号输出。但在一点观察时，无论主光栅向左或向右移动，莫尔条纹均作明暗交替变化。若只有一条莫尔条纹的信号，则无法辨别光栅的移动方向。如果能在主光栅正向移动时，将得到的脉冲数累加，而反向移动时可从已累加的脉冲数中减去反向移动的脉冲数，就能得到正确的测量结果。完成这种辨向任务的电路就是辨向电路。实现方法是在相隔B/4的位置上设置两个光电元件，得到两个相位差为π/2的莫尔条纹信号，然后送到辨向电路中去处理。
利用计量光栅进行测量时，当主光栅随运动部件移动一个栅距时，输出一个周期的交变信号，也即产生一个脉冲间隔。那么每个脉冲间隔代表移过一个栅距，即分辨率等于一个栅距。光栅尺有很高的刻线密度，但在精密测量中，为了测量比栅距更小的位移量，就必须更进一步增大光栅的刻线密度，这既不经济，而且从技术工艺角度考虑也是难以实现的。目前，广泛采用的方法是，在选取合适的光栅栅距的基础上，对栅距细分，来得到所需要的*小读数值，提高“分辨”能力。
二、感应同步器
感应同步器是利用两个平面形绕组的互感，随位置不同而变化的原理制成的传感器，用于位移的测量。其输出是数字量，测量精度很高，并且能够测量1m以上的大位移，被广泛应用在数控机床上。
三、光电编码器
编码器以其高精度、高分辨率和高可靠性而被广泛应用于各种位移测量。根据编码器的结构可将其分为接触式、光电式和电磁式等形式，其中光电式编码器是目前应用*广泛的一种编码器，数控机床、机器人的位置控制等领域常采用光电编码器。
四、容栅传感器
容栅传感器是一种基于变面积工作原理、可测量大位移的电容式数字传感器，与前述几种数字式传感器相比，具有体积小、结构简单、测量速度快、成本低、对使用环境要求不高等突出优点，广泛应用于各种数显测量系统中。
习题与思考题
1. 透射光栅的基本结构如何？什么是莫尔条纹的放大作用？
2. 透射式光栅传感器的莫尔条纹是怎样产生的？条纹间距、栅距和夹角之间有什么关系？
3. 如何判别圆光栅传感器的转动方向？
4. 光栅读数装置由哪些部分组成？电子细分对提高光栅读数精度有什么作用？
5. 简述四倍频电子细分电路的工作原理。