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2-4 光电编码器教案.doc

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上传者: 握不住的他的秋装 2017-10-15 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《2-4 光电编码器教案doc》,可适用于综合领域,主题内容包含光电编码器教案武汉软件工程职业学院教案(附页)章节第章机电系统传感与测试技术名称第二节常用机械量检测传感器授课授课学时第次课授课时数时间安排授课授课符等。

光电编码器教案武汉软件工程职业学院教案(附页)章节第章机电系统传感与测试技术名称第二节常用机械量检测传感器授课授课学时第次课授课时数时间安排授课授课讲授板书、多媒体PPT方法教具教学掌握位移与角度检测传感器的工作原理。目的教学掌握位移与角度检测传感器的工作原理。重点教学掌握位移与角度检测传感器的工作原理。难点上节内容回顾:第章机电系统传感与测试技术第二节常用机械量检测传感器装位置检测传感器订新课引入:线位移与角度检测传感器教学思路:第一节课:回顾上节课的教学内容引出新内容:位移与角度检测传感器的工作原理。第二节课:利用PPT和板书讲解位移与角度检测传感器的工作原理。新课讲授:第章机电系统传感与测试技术第二节常用机械量检测传感器位移与角度检测传感器电位差计检测直线位移或回转位移使用较多的是电位差计。在直线型中行程可从cm到cm左右。在回转型中有一转与多转之别多转型精度容易做得很高。电位差计电气特性可由可变电阻来表征如图所示。该电位差计除特殊场合外在A、B两点间加恒定不变的电压从C点来观测电压值。在这里电阻设为RA、B两点间的电压VABC点的输出电压若取作V的话相对于电位差计的回转角的电阻值为:r(θ)=Kθ(第页)武汉软件工程职业学院教案(附页)K,式中K为常数。若电阻值在变更时其r(θ)=KθV=VABR电位差计常用在伺服系统中通过A,D转换器把模拟量电压转换成数字量后在CPU内进行比较处理。差动电压器差动电压器是利用线圈的互感作用将位移转换成感应电动势的变化。它实际上是一个具有可动铁心和两个二次线圈的变压器两线圈接成差动形式。见图。一次线圈通以一定频率的交流电后两个二次线圈和由于互感作用分别产生感应电势E和E。又因接成差动形式即两个感应电势反向串联故输出电压为:U=EE在两个二次线圈完全相同的情况下当铁心处于中间位置时两个二次线圈通过的磁力线相等因E=而感应电势E=E则输出电压U=E输出电压的方向反映了铁心的运动方向输出电压的大小反映了铁心的位移大小。单一线圈的感应电势E(或E)与铁心的位移不成线性。而两个线圈差接后输出电压就与铁心的位移成线性。这就是线圈接成差动形式的原因。栅位移检测装置()光栅检测工作原理以透射直线光栅为例光栅位置检测装置由光源长光短光栅光电元件等组成。如图所示即为光栅的工作原理图。长光栅G固定在机床固定部件上长度相当于工作台移动的全行程又称为标尺光栅。短光栅G装在机床的活动部件上称为指示光栅。标尺光栅和指示光栅都是由窄矩形不透明的线纹和与其等宽的透明间隔所组成的。莫尔条纹:当指示光栅的线纹与标尺光栅的线纹保持一定间隙重叠在一起并在其自身平面内转一很小角度时两块光栅之间的线纹就会相交这些交点组成了一条条平行的黑色条纹该条纹即为“莫尔条纹”。莫尔条纹的特点:放大作用,,cos()设:W为条纹宽度α为栅距θ为光栅线纹间的夹角则它们间关系为W,sin,,W,,由于θ很小所以上式可近似写成若α=mm把“莫尔条纹”的宽度调成lmm时其放大倍率相当于倍这就是说利用光的干涉现象就能把光栅的栅距放大倍这样就大大减轻了电子线路方面放大的负担也无须复杂的光学系统这是光栅技术的一个重要特点。这就说明莫尔条纹间距对光栅栅距有放大作用。起平均误差的作用“莫尔条纹”是由一系列刻线的交点组成的它反映了形成条纹的光栅刻线的平均位置对各栅距误差起了平均作用减弱了光栅制造中的局部误差和短周期误差对检测精度的影响。这就说明莫尔条纹具有减少光栅珊距局部误差的作用。“莫尔条纹”的移动与栅距间的移动成正比例。(第页)武汉软件工程职业学院教案(附页)当光栅移动一个栅距时“莫尔条纹”相应而准确地移动一条(W)若往相反方向移动时条纹也往相反方向移动。莫尔条纹特性:方向性:垂直于角平分线当夹角很小时与光栅移动方向垂直莫尔条纹移动一个间距一方向对应同步性:光栅移动一个栅距放大性:夹角θ很小B>>W光学放大提高灵敏度可调性:夹角θ条纹间距B灵活准确性:大量刻线误差平均效应克服个别局部误差提高精度()光栅的分类及特点光栅的分类。按检测位移性质可分为:直线式光栅和回转式光栅。按制造光栅的材料可分为:玻璃光栅和金属光栅。按光源照射方法可分为:透射光栅和反射光栅。()计量光栅的精度光栅检测系统的精度主要取决于光栅尺本身的制造精度即计量光栅任意两点间的误差即累计误差。几年来由于激光技术的发展光栅的精度也随着提高。目前光栅的精度一班可达μm但通过电子线路的细分可以达到μm甚至更高。()光栅读数头光栅读数头即光电转换器是光栅与电子系统转换的部件通常由光源指示光栅光电元件等组成一般情况下是标尺光栅固定不动读数头与活动部件相固定。读数头的结构形式很多就光路不同可分为以下几种:分光读数头垂直入射读数头反射读数头摄像读数头。()光栅尺的安装()应用举例ZCG(A)型长光栅检测装置J型光栅部件光电编码器()光电编码器光电编码器的分类。编码器为数字式回转位移检测传感器根据输出信号的特征常常将光电编码器分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。()增量式光电编码器输入轴转角分成一系列位置的增量敏感元件对这些增量响应每当出现一个单位增量时敏感元件就向计数器发出一个脉冲计数器把这些计数脉冲累加起来并以各种进制的代码形式在输出端给出所需要的输入角度瞬时值的信息。当前这种光电编码器的用量最大约占光电编码器总用量的,。这种光电编码器的最大优点是结构简单、价格低廉。缺点是这种编码器无固定零位遇到停电等故障所有信息全部丢失。为了避免这个缺点一种带固定零位的增量式光电编码器兼容(第页)武汉软件工程职业学院教案(附页)了绝对式光电编码器的特点。目前这种编码器的分辨率已达到”即编码器每转一周可输出个脉冲并且无需通过电路细分。()绝对式光电编码器这种编码器也叫空间编码器或直读式编码器。转角的代码是由一个多圈同心码道的码盘绐出的具有固定零位对于一个转角位置只有一个确定的数字代码。其优点是具有固定的零位角度值的代码单值化无累计误差抗干扰能力强。缺点是敏感元件多码盘图案、制造工艺复杂成本也高。这种编码器可作为一个测角仪使用早期多用于军事装备和设施上目前这种编码器已做到位分辨率达"(美国BEI公司)。()正弦波光电编码器作为A,D转换器的光电编码器一般输出矩形波脉冲信号。当输出信号要求进一步提高分辨率或需要输出模拟量时往往要用输出正弦波的光电编码器。为提高细分精度对这种编码器输出的信号要求有严格的正弦性、等幅性和正交性。光电编码器在机器设备中应用的方式分为如下两种形式:a(作为直接测量元件使用如做角度测量元件。b(作为转速速度坐标位置信息反馈元件使用。如电动机作为风机泵等动力或在无级调速中作动力光电编码器与电机匹配反馈电机转速信息使流量按需要供给转速按需要变化即可节能又可节约材料。本节小结:本次课讲解了位移与角度检测传感器的工作原理。下节内容简介:常用机械量传感器技术概述。速度与角速度的测量加速度传感器力与压力传感器板书设计第章机电系统传感与测试技术(光栅位移检测装置光电编码器常用机械量检测传感器差动电压器位移与角度检测传感器电位差计(第页)

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