数字式讲义传感器。

2 插入感测头到紧固套，用扳手等紧固螺帽。
扳手等
防尘罩
螺母
注 不要用超过 10 N•m (推荐紧固扭矩为5~7 N•m) 的紧固扭矩。 请使用与螺帽的宽度相符的扳手。
3 用 M4 螺丝紧固感测头。
M4 㶎ϱ
注 • 不要用超过 1.4 N•m 的紧固扭矩。 • 固定时一定要注意不要损坏防尘罩。
4 旋转防尘罩使侧边变直。
• GT-70A 系列产品产生烟雾或异常气味时
警告
• 不要以非规定电压施加于 GT-70A 系列产品，这样会引 起火灾、电击或设备失灵。
• 不要拆卸或改装 GT-70A 系列产品。这样会引起火灾或 电击。
小心
• 连接或拔掉缆线时一定要关闭 GT-70A 系列产品和任何 连接设备的电源。 否则可能会有所损害。
● I/O 缆线
以下说明 I/O 电源线 ( 也适用于面板安装型 )。 关于 I/O 电路的详细信息请参见本手册第 10 页。
ẩ㡆 *1 㪱㡆 *1 咥㡆 ⱑ㡆 ♄㡆 ㉝㡆 ㋿㡆 ㉝㡆/㋿㡆
12-24 VDC
HIGH 䕧ܹ LOW 䕧ܹ GO 䕧ߎ PRESET 䕧ܹ BANK A, ៪ RESET 䕧ܹ *2 BANK B, ៪ TIMING 䕧ܹ *3
小心
• 当增加一个放大器 ( 扩展模块 ) 时，操作前一定要关掉 主模块和扩展模块。 电源开启时安装可能会损害设备。
• 一定要使扩展模块和主模块完全接触。斜着或不当的 连接可能会损坏设备。
注 • 加一个扩展模块时，一定要使用 24 VDC 电源。 • 不能加不同输出类型的扩展模块(例如，NPN 输出扩展模块不能 加在 PNP 输出主模块上)。 • DIN 轨道安装型扩展模块不能加在面板安装型主模块上。

第5章 频率式和数字式传感器 5.2.2
1. 接触式码盘
图5-3（a）为一个四位接触式码盘。 涂黑部分为导电区， 输出为“1”，空白部分为不导电区，输出为“0”。 所有导电部 分连在一起，接高电位。 图示码盘共有四圈码道，在每圈码道 上都有一个电刷，电刷经电阻接地。 当码盘与被测物转轴一起 转动时，电刷上出现的电位对应一定的数码。若有n条码道， 则角度分辨率为
第5章 频率式和数字式传感器
第5章 频率式和数字式传感器
5.1 振弦式频率传感器 5.2 数字编码器 5.3 感应同步器 5.4 磁栅传感器 5.5 光栅传感器 5.6 容栅传感器 5.7 球同步器(球栅)
第5章 频率式和数字式传感器
5.1 振弦式频率传感器
5.1.1 振弦式频率传感器的结构原理
振弦式传感器是以被拉紧了的细弦作为敏感元件， 其结构
节距为W（标准为2 mm）， 机械位移x
2 x， 其总感应电动势e与两尺的相对位移x关系为
W
e

kU
m
sin(t


)

kU
m
sin(t

2π W
x)
（5-3）
第5章 频率式和数字式传感器 2. 鉴幅型 如果给滑尺的正、余弦绕组以同频、 同相但不等幅的电
压激磁时， 则可根据感应电势的幅值来鉴别位移量，称为鉴 幅型。 正、余弦同时激磁时的总感应电势为
360 Q 2n
（5-2）
第5章 频率式和数字式传感器
图5-3 码盘式转角（a） 接触式8421码盘； （b） 接触式格雷码盘；（c) 光电式角编码器
第5章 频率式和数字式传感器 2. 光电式码盘
光电式码盘亦称脉冲式角度—数字编码器， 其结构示意图 如图5-3（c）所示。 在一个圆盘上按码道开有相等角距的缝 隙， 在码道上分为透明区和不透明区 ， 分别代表“1”和 “0”， 相当于接触式码盘的导电区和不导电区。 在开缝圆盘 两边分别安装光源及光敏元件， 相当于接触式码盘的电源和 电刷。 其测量方法与接触式码盘相似。

v⑷对应关系 两块光栅沿栅线垂直方向作相对移动 时，莫尔条纹的亮带与暗带将顺序自上而下不断 掠过光敏元件。
v⑸莫尔条纹移过的条纹数等于光栅移过的栅线数
图8-7 光栅位移与光强关系
8.1.3. 光栅式传感器的测 量电路
v1.光电转换 v光电转换装置（光栅读数头）主要由主光栅、指
示光栅、光路系统和光电元件等组成，如图8-8 所示。
图8-6 光栅与莫尔条纹示意图（θ≠0）
2.莫尔条纹的特点
v⑴放大作用 由式8-1可知，θ越小，B越大，这 相当于把栅距W放大大了1/θ倍。例如θ=0.1°， 则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度B是栅距W的 573倍，相当于把栅距放大了573倍，说明光栅 具有位移放大作用，从而提高了测量的灵敏度。
v
（8-5）
v 当反向运动时，定尺输出的总感应电动势为
v
（8-6）
⑵鉴幅型
8.3.2 旋转式感应同步 器（圆感应同步器）
图8-21 旋转式感应同步器定子和转子
8.3.3 感应同步器位移 测量系统
8.4 频率式数字传感器
v频率式传感器体积小、重量轻、分辨率高，由于 传输的信号是一列脉冲信号，所以具有数字化技 术的许多优点，是传感器技术发展的方向之一 。
2.旋转方向的判别
图8-16 辨向原理
8.3 感应同步器
v感应同步器是20世纪60年代末发展起来的一种 高精度位移（直线位移、角位移）传感器。按其 用途可分为两大类：(1) 测量直线位移的线位移 感应同步器；(2) 测量角位移的圆盘感应同步器。 直线式感应同步器广泛应用于坐标镗床、坐标铣 床及其它机床的定位、数控和数显。旋转式感应 同步器常用于精密机床或测量仪器的分度装置等， 也用于雷达天线定位跟踪。

莫尔条纹
图 10-17 光栅的莫尔条纹 （a） 光栅 （b） 莫尔条纹 1-主光栅 2-指示光栅
当夹角θ很小时，B >> W，即莫尔条纹具有放大作 用，读出莫尔条纹的数目比读刻线数便利的多。 根据光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系， 通过测量莫尔条纹移过的距离，就可以测出小于 光栅栅距的微位移量。 由于莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的， 光电元件接收的光信号是进人指示光栅视场的线 纹数的综合平均结果。若某个光栅有局部误差或 短周期误差，由于平均效应，其影响将大大减弱。 并削弱长周期误差。 此外，由于θ角可以调节，从而可以根据需要来调 节条纹宽度，这给实际应用带来了方便。
目前构成频率式传感器最简单的方法有两种： 一种是利用电子振荡器的原理，只要使振 荡电路中某个部分由于被测量的变化而改 变，就可改变振荡器的振荡频率。典型例 子如改变LRC振荡电路中的电容，电感或 电阻；另一种方法是利用机械振动系统， 通过其固有振动频率的变化来反映被测参 数的值。
振弦式频率传感器
ec KU m sin t cos
当正弦绕组单独激磁时，感应电势为
es KU m cos t sin
正、余弦绕组同时激磁时，根据叠加原理， 总感应电势为
e ec es KU m sin t cos KU m cos t sin
K U m cos t K U m cos t 2x / W2
振弦的自振频率f0取决于它的长度l、材料密度ρ和内应力σ，可用下式表示：
1 f0 / 2l
图10-24激振方式原理框图 （a）连续激励方式 （b）间断激励方式
图10-25振弦式力传感器 1、5—振弦；2—支座；3、11—激励； 4—柱体；10、9—拾振器；7—弹性模片 8、10—放大\震荡电路；12—混频器； 13 —滤波整形电路

未来数字式传感器将进一步实现多功能化和集成化，能够同时测量多个物理量，并与其他设备集成在一起。
多功能化和集成化
随着环保意识的提高，低功耗和绿色环保的数字式传感器将成为未来的发展趋势。
低功耗和绿色环保
为了满足各种严苛的工业环境需求，高可靠性、长寿命的数字式传感பைடு நூலகம்将成为研究的重要方向。
高可靠性和长寿命
数字式传感器的设计与实现
易于集成和智能化
数字式传感器通常具有较长的使用寿命和良好的稳定性，能够保证长期的测量精度。
长寿命和稳定性
数字式传感器可以通过数字信号进行远程传输和监控，方便实现远程管理和控制。
易于远程传输和监控
随着物联网技术的发展，数字式传感器将更加智能化和网络化，能够实现更高效、更准确的测量和控制。
智能化和网络化
总结词
数字式传感器采用数字化测量技术，能够将温度、压力、位移等物理量转换为数字信号，并通过数字通信接口传输给计算机或其他数字设备进行处理。与传统的模拟传感器相比，数字式传感器具有更高的测量精度和稳定性，能够更好地抵抗外部干扰的影响，提高测量的可靠性和准确性。
详细描述
总结词
数字式传感器的工作原理通常涉及信号的转换和传输。首先，传感器将物理量转换为电信号，然后通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，最后通过数字通信接口将数字信号传输到计算机或其他数字设备进行处理。
实验室测试
将传感器安装在实际使用场景中，验证其在各种工况下的性能表现。
实际应用测试
在不同温度、湿度和压力条件下测试传感器的稳定性。
环境适应性测试
数字式传感器的实际案例分析
PART
05
01
智能工厂的温度监控
02
在智能工厂中，温度传感器被用于实时监测生产过程中的温度变化，确保产品质量和设备安全。

传感器实验讲义1一、 CSY传感器实验仪简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。

传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒，具体安装部位参看附录三。

备注：CSY系列传感器实验仪的传感器具体配置根据需方的合同安装。

显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V－±10V档位调节）、F／V数字显示表（可作为电压表和频率表）、动圈毫伏表（5mV-500mV）及调零、音频振荡器、低频振荡器、±15V不可调稳压电源。

实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。

处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。

CSY实验仪配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验。

教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。

二、主要技术参数、性能及说明<一>传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频可做静态或动态测量。

激振器VO应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。

传感器：1、差动变压器量程:≥5mm 直流电阻：5Ω－10Ω由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体.2、电涡流位移传感器量程:≥1mm直流电阻：1Ω－2Ω多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。

易于集成与智能化
数字式传感器通常具有较小的体积和 重量，易于集成到各种设备和系统中， 方便安装和使用。
数字式传感器支持多种编程接口和协 议，能够与微控制器、PLC等控制器 进行配合，实现智能化控制和数据处 理。
03
数字式传感器的应用场景
工业自动化
1 2
3
生产监控
数字式传感器可以实时监测生产过程中的各种参数，如温度 、压力、流量、振动等，确保生产过程的稳定性和安全性。
智能照明
数字式传感器可以监测环境的光线强 度和色温，实现智能照明控制和节能 减排。
物联网应用
智能城市
数字式传感器可以应用于智能交 通、智能安防、智能环保等领域， 提高城市的管理效率和公共服务
水平。
智能农业
数字式传感器可以监测土壤的湿 度、养分等参数，实现精准农业
和水肥一体化管理。
智能物流
数字式传感器可以监测物品的位 置、温度和湿度等参数，实现物
工作原理
感应
传感器通过敏感元件感应被测量，如压力、温 度、湿度等。
转换
敏感元件将感应的物理量转换为模拟信号。
数字化
模拟信号经过模数转换器（ADC）转换为数字信 号。
分类与应用
分类
根据被测量类型，数字式传感器可分 为温度传感器、压力传感器、湿度传 感器、位移传感器等。
应用
数字式传感器广泛应用于工业自动化、 环境监测、智能家居、医疗设备等领 域。
$number {01}
数字式传感器
目 录
• 数字式传感器概述 • 数字式传感器的优势 • 数字式传感器的应用场景 • 数字式传感器的技术发展 • 数字式传感器的挑战与未来展望
01
数字式传感器概述

文件No.PS※※-OMT0001CN-C数字式位置传感器ISA3-※※A/B-※·开关2输出型OUT1：距离检测OUT2：压力检测 or 距离检测二选一使用前 安全注意事项 2关于产品 产品特征 7型式表示·型号体系 8 产品各部分名称及功能 14规格15规格表(ISA3) (15)规格表(减压阀) (17)规格表(2通电磁阀) (17)特性图 (18)外形尺寸图 (21)设置方法 安装.设置28配管方法 (28)设置方法 (31)配线方法 (36)构成图 (41)使用方法 设定方法概要 44测量模式 (45)临界值的设定 47 OUT1：临界值、OUT2：压力设定值变更模式 (47)OUT1出厂时的设定状态 (47)OUT2出厂时的设定状态 (48)设定前的准备 (49)设定方法 (49)功能设定 50功能选择模式 (50)出厂时的设定状态 (50)键盘锁定(设定密码) 64故障时 维护 65忘记密码的情况 66故障一览表67报警显示 (68)供给压力和显示的关系 (69)安全注意事项此处所示的注意事项是为了确保您能安全正确地使用本产品，预先防止对您和他人造成危害和伤害而制定的。

这些注意事项，按照危害和伤害的大小及紧急程度分为“注意”“警告”“危险”三个等级。

无论哪个等级都是与安全相关的重要内容，所以除了遵守国际规格(ISO/IEC)、日本工业规格(JIS)※1)以及其他安全法规※2)外，这些内容也请务必遵守｡*1) ISO 4414: Pneumatic fluid power -- General rules relating to systemsISO 4413: Hydraulic fluid power -- General rules relating to systemsIEC 60204-1: Safety of machinery -- Electrical equipment of machines (Part 1: General requirements) ISO 10218: Manipulating industrial robots-SafetyJIS B 8370: 空气压系统通则JIS B 8361: 油压系统通则JIS B 9960-1: 机械类的安全性-机械的电气装置（第1部：一般要求事項)JIS B 8433: 产业用操作机器人-安全性等*2) 劳动安全卫生法 等注意 误操作时，有人员受伤的风险，以及物品损坏的风险｡警告 误操作时，有人员受到重大伤害甚至死亡的风险。

2015-6-11 2
数字式传感器
一．感应同步器
二．编码器
三．光栅传感器 四．磁栅传感器 五．容栅传感器 六．谐振式传感器
2015-6-11
3
感应同步器
感应同步器(Inductive Synchronizer)是应用电磁感应 原理把位移量转换成数字量的数字式传感器。 1. 、组成及分类 电参量型传感器 电量型传感器 光电式传感器 光纤传感器 数字式传感器
2015-6-11 1
数字式传感器
数字式传感器(Digital Sensor)是一种能把被测模拟量转换 成数字量输出的装置，可直接与计算机系统连接。 按照输出信号的形式，常用的数字式传感器可分为四类： ① 直接以数字量编码输出式数字传感器，如绝对编码器 等； ② 以脉冲输出式数字传感器，如感应同步器、增量编码 器及各种栅式传感器等； ③ 以谐振频率输出的谐振式数字传感器，如石英晶体频 率式传感器、弹性振体频率式传感器等； ④ 集成数字式传感器，这类传感器可以由模拟传感器附 加一些测量电路，包括滤波电路、补偿电路、模数转 换电路等，使输出为数字量。
☻ 以直线式感应同步器为例：两个绕组构成。
a. b.
定尺绕组：均匀连续分布， 节距W2=2(a2+b2)。 滑尺绕组：分正弦和余弦绕 组两部分，相差90°电角度。 为此，两相绕组中心线距应 为l2=(n/2+1/4)W2，节距均为 W1=2(a1+b1) 。通常W1=W2。
(a)定尺绕组；(b)W形滑尺绕组；(c)U形滑尺绕组
与调幅法相类似，可以调整激励脉冲宽度ψ值， 用ψ跟踪θ。
2015-6-11 12
感应同步器
4. 感应同步器的应用
☎ 感应同步器的应用特点：

常采用的细分方法有：四倍频细分、电桥细分、 复合细分等。
（1）四陪频细分
将辨向原理中相隔B／4的两个光电元件的 输出信号反相，就可以得到4个依次相位差为 π/2的信号，即在一个栅距内得到四个计数脉冲 信号，实现所谓四倍频细分。
在上述两个光电元件的基础上再增加两个 光电元件，每两个光电元件间隔1／4条纹间距， 同样可实现四倍频细分。
6.1 数字调制传输系统的实际应用 6.2 二进制数字调制及其抗噪声性能分析 6.3 数字信号的最佳接收 6.4 多进制数字调制 6.5 本章 MATLAB仿真实例 本章小结 习题
6.1 数字调制传输系统的实际应 用
在数字电视系统中,多采用多进制的数字调制。所谓数 字电视,就是将传统的模拟电 视信号经过抽样、量化和编码 转换成用二进制数代表的数字式信号,然后进行各种功能的 处理、传输、存储、监测和控制的一种全数字处理过程的端 到端系统。它从电视节目的录 制、播出到发射和接收,全部 采用数字编码与数字传输技术。
• 图6－4 包络(非相干)检波法的原理框图
光栅栅距
两光栅刻 线间夹角 （弧度）
莫尔条纹 的间距
α
莫尔条纹 的斜率
tan tan
2
莫尔条纹的间距B
当 1 时，有 B W
当标尺光栅移动方向 向左时，莫尔方向——顺时针
当标尺光栅移动方向 向右时，莫尔条纹的 移动方向？
同轴形 带形 尺形
• 图6－1 数字电视系统的基本原理框图
的数 字信号进行变换,用尽量少 的数字脉冲来表示信源产生的信
息,这就是压缩编码。 信道编码器包括纠错编码和 数字调制,主要解决数字信号传输 的可靠性问题,故又称 为抗干扰 编码。经过纠错编码的传输码流 具有检错和纠错的能力,其作用是 最大限度地减 少在信道传输中的 误码率,然后将经过纠错编码后的

2021/4/8
22
辨 向 电 路
3.细分技术
为了提高分辨力，可以采用增加刻线密
度的方法来减少栅距，但这种方法受到
制造工艺或成本的限制。另一种方法是
采用细分技术，可以在不增加刻线数的
情况下提高光栅的分辨力，在光栅每移
动一个栅距，莫尔条纹变化一周时，不
只输出一个脉冲，而是输出均匀分布的n 个脉冲，从而使分辨力提高到W/n。由
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光电编码器示意图
1—光源 2—透镜 3—码盘 4—窄缝 5—光电元件组
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10.2.3 电磁式编码器
主要由磁鼓与磁阻探头组成。多极磁鼓 常用的有两种：一种是塑磁磁鼓，在磁 性材料中混入适当的粘合剂，注塑成型； 另一种是在铝鼓外面覆盖一层黏结磁性 材料而制成。多极磁鼓产生的空间磁场 由磁鼓的大小和磁层厚度决定，磁阻探 头由磁阻元件通过微细加工技术而制成， 磁阻元件电阻值仅和电流方向成直角的 磁场有关，而与电流平行的磁场无关。
角编码器 安装在夹 具的端部
切削刀具 被加工工件
光栅扫描头
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防护罩内为直线光栅
28
10.2编码器
将机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代 码形式表示的电信号，这类传感器称为编码器。 编码器以其高精度、高分辨率和高可靠性被广 泛用于各种位移的测量。
编码器主要分为脉冲盘式和码盘式两大类。 码盘式编码器按其结构可分为接触式、光电式
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光栅的外形及结构
尺身 尺身安装孔 防尘保护罩的内部为长磁栅
反射式扫描头 （与移动部件固定） 扫描头安装孔
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可移动电缆
6

8.1 光栅传感器
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类
（a）直射光栅
（b）反射光栅
1—光源 2—透镜 3—主光栅 4—指示光栅 5—光电元件 6—聚光镜 图8-1 光栅传感器的基本结构
第八章 数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类 ② 按光栅的形状和用途不同，可分为长光栅和圆光栅。长光 栅用于测量长度，它分为黑白光栅和闪耀光栅两种；圆光栅用 于测量角度，它又进一步分为径向光栅和切向光栅，径向光栅 是通过沿圆形基体周边在直径方向刻栅线形成，而切向光栅沿 周边刻划的全部栅线均与光栅中央一个半径为r的圆相切。
程及其自动化、机电一体化等专业人士的重视。本
章主要讲述光栅传感器、旋转编码器、感应同步器
等内容。
第八章 数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 光栅传感器的类型与结构 光栅传感器工作原理 莫尔条纹细分技术 光栅传感器的应用
8.2 旋转编码器
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 旋转编码器的种类 光电式编码器的结构与工作原理 码盘误差及其处理 旋转编码器的应用
8.1 光栅传感器
8.1.2 莫尔条纹细分技术
提高光栅传感器分辨率的两种基本方法： 1）在光栅片面积不变的前提下，增加刻线密度，减小栅距。 但是该方法受光栅刻线工艺的限制，就目前工艺水平看，栅 线密度7千条/mm基本可实现，但要上万条就困难了。 2） 采用细分技术，被测物移动一个栅距，均匀输出 n 个脉 冲，则分辨率可以提高到W/n 。 这种在一个莫尔条纹周期内有多个脉冲输出的方法，主要有 电子细分法、光学细分法和机械细分法等几种。由于细分后， 计数脉冲的频率提高了，所以也称为倍频

正弦绕组 余弦绕组
滑尺： 两绕组差90o电角度
通常：W1 W2 两相绕组中心距：
l1
n 2
1 4
W2
数字式传感器
感应同步器定尺和滑尺的截面结构
滑尺
铝箔层
钢板
铜箔绕组 粘合剂
定尺
钢板
耐腐蚀耐磨绝缘层
2.感应同步器的类型
标准型感应同步器：精度最高
窄型感应同步器：宽度较标准型窄， ① 直线(位移)式 磁感应强度比标准型低，精度稍差
数字式传感器
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.1.2 感应同步器的工作原理
A B CD
由 S 激磁的感应电势曲线 由 C 激磁的感应电势曲线
数字式传感器
10.1.2 感应同步器的工作原理
A B CD
规律： 滑尺移动一个节距 W2 感生电动势变化一个周期 2 在一个节距内： 2 x
W2
检测 的变化，即可检测一个节距内的位移量 x 。
磁饱和时磁芯的磁阻很大，磁栅上的漏磁通不能通过铁 芯，输出绕组不产生感应电动势。
只有在励磁电流每周两次过零时，磁芯才能导磁，磁栅
上的漏磁通使输出绕组产生感应电动势 e 。
可见感应电动势的频率为励磁电流频率的两倍，而 e 的
包络线反映了磁头与磁尺的位置关系，其幅值与磁栅到 磁芯漏磁通的大小成正比。
数字式传感器
数字式传感器
10.1.1 感应同步器的结构与类型
1.结构组成
250mm
定尺：250mm
节距：W2 2(a2 b2 ) 通常：W2 2mm
定尺绕组的导片宽度 要考虑消除高次谐波：
a2
n W2
正整数 谐波次数
显然
a2
W2 2

14数字式传感器习题及解答第14章数字式传感器⼀、单项选择题1、循环码0110对应的⼆进制码是（）。

A. 0110B. 0100C. 0101D. 10012、当两块光栅的夹⾓很⼩时，光栅莫尔条纹的间距（）A．与栅线的宽度成正⽐ B.与栅线间宽成正⽐C．与夹⾓近似成正⽐ D.与栅距近似成正⽐3、现有⼀个采⽤4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应的编码是0011，终⽌位置对应的编码是0101，则该码盘转动的⾓度可能会是（）A．45°°°°4、现有⼀个采⽤4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应的编码是0011，终⽌位置对应的编码是1111，则该码盘转动的⾓度可能会是（）A．60°°°°5、⼀个6位的⼆进制光电式编码器，其测量精度约为（）A．° B. °C．° D. 60°6、（）属于脉冲盘式编码器。

A．接触式编码器B．光电式编码器C．增量编码器D．电磁式编码器7、采⽤50线/mm的计量光栅测量线位移,若指⽰光栅上的莫尔条纹移动了12条,则被测线位移为（）mmA． B. 0.12 C． D.⼆、多项选择题1、以下传感器中属⾮接触式的有：（）A.电磁式编码器B.光电式编码器C.脉冲盘式编码器D.计量光栅2、计量光栅的特点是（）。

A．测量精度⾼B．成本低C．⾮接触式D．对环境要求不⾼三、填空题1、循环码1101对应的⼆进制码是。

2、采⽤4位⼆进制码盘能分辨的⾓度为。

3、计量光栅是利⽤光栅的现象进⾏测量的。

4、光栅测量原理是以移过的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为。

5、莫尔条纹有、和这三个重要特点。

6、当两块光栅的夹⾓很⼩时，光栅莫尔条纹的间距与近似成反⽐。

7、⽬前为⽌，数字式传感器最主要的两种类型是和。

8、直线式编码器⽤于测量，⽤于测量⾓位移。

9、计量光栅主要由和两部分组成。

全新全新区域透过光束型LV-H300/H100数字式激光传感器LV系列可替代不同的传感器应用小光点反射型区域透过光束型区域反射型长距离回归反射型限定反射型第2页第7页第8页第9页第10页区域检测回归反射型第6页激光传感器LV系列 – 多用途激光传感器，透过型光束新上市！世界上最小的尺寸体积也被减小至原有产品之四分之一。

直线区域光束即使检测距离有变化，光束区域宽度也几乎有会受影响。

尺寸减少75%垂直和水平传感器的定位都有安装支架。

光束的位置在垂直和水平方向都可以进行调整。

常规型号检测距离:2000m m小光点反射型区域反射型长距离回归反射型限定反射型第7页第8页第9页第10页区域检测回归反射型第6页10 mm30 mmLV-H300LV-H100明亮的红色激光光束可以用肉眼来判断目标物是否在检测区域内。

由于可以很清楚地观测光束，光轴很容易进行调整。

有10mm和30mm自动调节模式灵敏度的设置和微调都可以自动进行而不必切换模式条式发光二级管指示器条式发光二级管指示器显示传感器的操作状态单触式连接可以使用专用插头调节电缆长度。

双重数字式显示当前和预置数值在上下显示器上都有指示。

可以像调节计数器一样进行调节传感器。

5检测电线杆的下垂或断裂直线区域光束可以以肉眼判断电线杆是否在检测区域内。

区分工件长度检测小的零部件区分工件厚度根据被遮断的光线强度的差别来区分螺丝的长度。

不仅以两个输出判断，并且也可以检测螺丝的有无。

可视光束可以很容易地调整传感器的位置，并且即使目标位置有变动，区域光束仍然可以进行稳定检测。

传感器可以区分大小不同直径的工件。

采用两个输出，可以检测大小不同直径的工件以及存在与否。

有缺口的工件检测（弹簧）检测安装错误的零部件即使在部件有缺口时，传感器区域光束仍然可以进行稳定的检测。

传感器可以检查零部件是否安装正确。

即使目标很细薄或者窄小，可视激光光束也可以使安装变得更为简单。

检测切割故障区分前后侧根据被遮断的光线强度的差别检测反转工件。

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4.4 数字式角编码器
码道的圈数（不包括最里面的公用码道）就是二进制的 位数，且高位在内，低位在外。若是n位二进制码盘，就有n 圈码道，且圆周均分2n个数据来分别表示其不同位置，所能 分辨的角度a为：
360 n 2
分辨率为：
分辨率
1 2n
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4.4 数字式角编码器
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4.1 光栅传感器

光栅的分类 光栅按照光的传播方式不同可分为物理光栅和计量光栅。 物理光栅主要利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光 波波长测定。 计量光栅主要是利用光的透射和反射现象，常用于位移 测量，有很高的分辨力，非常适用于动态测量。计量光栅按 照光线的走向可分为透射式光栅和反射式光栅两大类。
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4.1 光栅传感器

所谓莫尔条纹效应就是将光栅常数相等的标尺光栅G1和指示 光栅G2刻线面对面叠合在一起，如图4-3 所示，中间留有很 好的间隙，并使两者之间保持一很小的夹角θ，于是在近似垂 直栅线方向出现明暗相间的条纹，这种现象称莫尔条纹效应。 形成的明暗相间的条纹称为莫尔条纹。 测量时，当指示光栅沿x 轴自左向右移动，莫尔条纹的亮带 和暗带将顺序自下而上（图中）方向不断地掠过光敏元件。 光敏元件“观察”到莫尔条纹的光强变化近似于正弦波变化， 如图4-3所示。
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4.1 光栅传感器

镜像式光路 镜像式光路如图4-7 所示。它不设指示光栅，光源1发出 的光线，经半透半反镜2 和聚光镜3 后成为平行光束，照射到 主光栅4 上，光栅上的栅线经物镜5 和反射镜6 又成像在主光 栅仁形成莫尔条纹，然后经半透半反镜2 反射由光电元件7 接 收。 这种光路不存在光栅间隙问题。同时，光学系统保证了 光栅和光栅像按相反方向移动。因此，光栅移过半个栅距， 莫尔条纹就变化一个周期，即灵敏度提高了一倍。

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光栅细分举例
有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细 分数为4细分，则：
分辨力 =W /4 =（1mm/50）/4
=0.005mm=5m
采用细分技术，在不增加光栅刻线数 （成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。
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辨向电路及波形
如果传感器只安装一套光电元件，则 在实际应用中，无论光栅作正向移动还是 反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信 号，无法分辨位移的方向。
若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间 值，再由它推算出与之关联的移动部件的直线位移， 则该测量方式为间接测量。
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2
1.直接测量
直接测 量的误差较 小。
图为利 用光栅传感 器测量数控 机床工作台 位移量的现 场照片。
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工作台 工作台运动方向
光栅
3
2.间接测量
工作台 丝杠 进给电机 x θ
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脉冲细分
细分前 细分技术能在不 增加光栅刻线数及价 格的情况下提高光栅 的分辨力。细分前， 光栅的分辨力只有一 个栅距的大小。采用 4细分技术后，计数 脉冲的频率提高了4
细分后 倍，相当于原光栅的 分辨力提高了3倍， 测量步距是原来的 1/4 ， 较 大 地 提 高 了 测量精度。
磁栅价格低于光栅，且录磁方便、易 于安装，测量范围宽可超过十几米，抗干 扰能力强。磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。 长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主 要用于角位移测量。磁栅传感器主要由磁 尺、磁头和信号处理电路组成。
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磁栅的外形及结构
静态磁头 磁尺 固定孔
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