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数字式位移传感器

2016-10-23 11:25:09 |人围观 | 评论:

光栅由标尺光栅和指示光栅组成,两者的光刻密度相同,但体长相差很多,其结构如图1所示。

图1 光栅测量原理

指示光栅上出现莫尔条纹，它们是沿着与光栅条纹几乎成垂直的方向排列的,如图2所示。

图2 莫尔条纹示意

光栅莫尔条纹的特点是起放大作用,用 W表示条纹宽度, P表示栅距, θ表示光栅条纹间的夹角,则有

光栅测量系统的基本构成如图3所示。

图3 光栅测量系统

1. 感应同步器

（ 1 ）直线感应同步器

由定尺和滑尺两部分组成。

滑尺表面刻有两个绕组,即正弦绕组和余弦绕组,见图4。

图4 感应同步器原理图

（ 2 ）圆盘式感应同步器

如图5所示,其转子相当于直线感应同步器的滑尺,定子相当于定尺,而且定子绕组中的两个绕组也错开1/4节距。

图5 圆盘式感应同步器

（a）定子；（b）转子

感应同步器根据其激磁绕组供电电压形式不同，分为鉴相测量方式和鉴幅测量方式。

（ 1 ） 鉴相式

根据感应电势的相位来鉴别位移量。

图6说明了感应电势幅值与定尺和滑尺相对位置的关系。

图6 滑尺绕组位置与定尺感应电势幅值的变化关系

滑尺在定尺上每滑动一个节距,定尺绕组感应电势就变化了一个周期,即

eA= K uAcos θ（4-11）

式中: ;

K――滑尺和定尺的电磁耦合系数；

θ――滑尺和定尺相对位移的折算角。

若绕组的节距为W,相对位移为l,则

同样,当仅对正弦绕组B施加交流激磁电压 UB时,定尺绕组感应电势为

eB=- KuB sinθ （4-13）

对滑尺上两个绕组同时加激磁电压,则定尺绕组上所感应的总电势为

e= eA+ eB= KuA cos θ- KuBsinθ

= KUmsin ω tcosω- KUm cos ω tsinω

= KUmsin ( ω t- θ) （4-14）

从上式可以看出,感应同步器把滑尺相对定尺的位移l的变化转成感应电势相角θ的变化。因此,只要测得相角θ,就可以知道滑尺的相对位移l：

（ 2 ）鉴幅式

在滑尺的两个绕组上施加频率和相位均相同,但幅值不同的交流激磁电压 uA和 uB。

uA= Umsinθ-1sinωt （4-16）

uB= Umcosθ -1 sinωt （4-17）

式中: θ1――指令位移角。

设此时滑尺绕组与定尺绕组的相对位移角为θ,则定尺绕组上的感应电势为

e= KuA cosθ- KuBsinθ= KUm(sinθ -1 cosθ-cosθ-1sinθ)sinωt= KUmsin (θ1-θ) sinωt （4-18）

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