传感器原理及应用第6章数字式传感器第6章数字式传感器6－1码盘式传感器二、码制与码盘右图是一个6位的二进制码盘，码道（二进制数的最高位），一半透光，一半不透光。最外圈称码道（二进制数的最低位），共分成个黑白间隔。码盘的每一个角度间隔对应不同的编码（后面有与之对应的光电接收元件），测量时，只要根据码盘的起始和终止位置就可确定转动的角度，而与转动的过程无关。二进制码盘具有如下特点：①n位（n个码道）的二进制码盘具有种不同编码其容量为：最小分辨力：最外圈角节距：②二进制码为有权码，编码若是，则对应于零位转过的转角为：③码盘转动中，若变化时，则所有()应同时变化。二进制码存在的问题：①提高分辨力困难。例如：二进制码盘，为了达到1〞左右的分辨力，需要采用20位以上的码盘，若码盘直径是400mm时，其外圈分度间隔仅1um左右，这不仅要求刻划精确，而且要彼此对准，这在加工上非常困难。②由于是有权码，所以存在粗误差。所谓粗误差参见下图所示，这是一个四位二进制码盘展开图（图a)。当读数狭缝处于AA位置时，正确读数0111（十进制7）。若码道暗区做的太短，就会误读成1111（十进制15，相当8个间隔）；反之若暗区做得太长，当狭缝处于A’A’位置时，就会将1000（十进制8）读成0000（十进制0，也相等8个间隔），这就是粗误差。消除粗误差的方法：〈1〉采用双读数头法（见下图）C1码道：仍只有一个读数狭缝，设在00位置；C2码道：有两个读数狭缝，对称分布00两侧；C3码道：有两个读数狭缝，对称分布00两侧；C4码道：有两个读数狭缝，对称分布00两侧；间隔：小于本码道分度间隔的一半，即这种分布使得两个对称的读数狭缝尽量远离变化交界处，但又不应影响相邻码位，故两狭缝也不要超过范围，等于最好。这种布局是为了消除因加工误差带来的读数时产生的粗误差。测量时根据情况采用狭缝或的读数。配合三个“与非”门组成的识别电路，即可实现下列的读数判别：设第码道两狭缝读出的信号为；码道读数为若则；若则若则；若则因此就大大降低了粗误产生的概率，只要由刻划等因素造成的总误差不超过相应码道（本码道）之间的间隔即可做到高位不出现误差。由此可见，在不发生粗误差的前提下，整个编码器的精度由它最低位（即位码道）决定。双读数头的缺点是读数头多了一倍，当位数很多时，光电元件位置安装困难。〈2〉采用循环码码盘右图为一个六位的循环码码盘，对于n位的循环码码盘有下列特点：①n位的循环码有种不同编码：其容量为：最小分辨力：最外圈角节距：（比二进制大一倍）②循环码为无权码，不产生粗误差；③循环码码盘具有轴对称性，最高位相反，其余各相同；④循环码码盘中两相邻区域，编码中只有一位生产变化，所以不产生粗误差，因面获得广泛应用。三、二进制码与循环码的转换：循环码不直观，不易处理，显示等，所以要经常转换成二进制码，其方法一般分为代数计算，逻辑运算和用门电路进行计算。①代数计算：（二进制→循环码）二进制码右移一位并舍去末位——————不进位加法循环码②逻辑运算：③用门电路实现：四、应用简介下图为光学码盘测角仪的原理图光源1通过大孔径非球面聚光镜2形成均匀狭长的光束照射到码盘3上，根据码盘所处的转角位置，位于狭缝4后面对应码道的一组光电元件5输出相应的信号，该信号经放大，鉴幅，整形后，再经当量变换（使之成为直观便于显示的参数形式）最后进行译码显示。6-2光栅传感器光栅传感器是由光源、透镜、主光栅、指示光栅和光电元件组成，光栅式传感器的基本工作原理是用光栅的莫尔条纹现象进行测量的，设：取两块栅距相同的光栅，3为主光栅，4为指示光栅，指示光栅比主光栅短，两者刻面相时，中间留有很小间隙，便组成光栅副，将其置于光源1和透镜2形成的平行光路中，若两光栅栅线之间有很小夹角，则在近似垂直栅线方向上就出现比栅距W宽的多的明暗相间的条纹6（明暗分布方向与栅线平行），这就是横向莫尔条纹。其信号光强分布如图曲线7所示。中间为亮带，上下为两条暗带，当主光栅沿垂直于栅线X每移动过一个栅距W时，莫尔条纹近似沿栅线Y方向移过一个条纹间隔，用光电器件接收莫尔条纹信号，经电路处理后计数器计数可得主光栅移动的距离。由图可知莫尔条纹的宽度：（暗带与亮带间的距离，即周期）二、莫尔条纹重要特征1．虽然光栅常数W很小，但只要调整夹角，就可得到很宽的莫尔条纹，起到了放大作用，这样就把一个微小移动量的测量转变成一个较大移动量的测量，提高了测量精度。同时莫尔条纹的运动方向与光栅的移动方也呈对应关系。2．因为光电元件接收的并不只是固定一点的条纹，而