文档介绍：第14章数字式传感器
编码器
计量光栅
数字式传感器的应用
数字式传感器是能够直接将非电量转换为数字量的传感器。
优点:测量精度和分辨率高,稳定性好,抗干扰能力强,便于与微机接口,适宜远距离传输。
两种类型:
以编码方式产生代码型的数字信号
也称为编码器。它输出的信号是数字代码,每一个代码对应一个输入量的值。
输出计数型的离散脉冲信号
称为脉冲数字传感器。它输出的脉冲数与输入量成正比。如计量光栅。
数字式传感器可用于测量位移(包括线位移和角位移)和计数。
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。
码盘式编码器
(1)接触式编码器
四位二进制码与循环码对照表
码制转换
(2)光电式编码器
光电式编码器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘(码盘)、窄缝以及安装在圆盘两边的光源和光敏元件等组成。码盘由光学玻璃制成,其上刻有许多同心码道, 每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分,即亮区和暗区。当光源将光投射在码盘上时,转动码盘,通过亮区的光线经窄缝后, 由光敏元件接收。光敏元件的排列与码道一一对应, 对应于亮区和暗区的光敏元件输出的信号,前者为“1”,后者为“0”。当码盘旋至不同位置时,光敏元件输出信号的组合,反映出按一定规律编码的数字量,代表了码盘轴的角位移大小。
光电式编码器示意图
编码器码盘按其所用码制可分为二进制码、十进制码、循环码等。
对于6位二进制码盘,最内圈码盘一半透光, 一半不透光,最外圈一共分成26=64个黑白间隔。每一个角度方位对应于不同的编码。例如零位对应于000000(全黑);第23个方位对应于010111。这样在测量时, 只要根据码盘的起始和终止位置,就可以确定角位移,而与转动的中间过程无关。一个n位二进制码盘的最小分辨率,即能分辨的角度为α=360°/2n, 一个6位二进制码盘, 其最小分辨的角度α≈°。
采用二进制编码器时,任何微小的制作误差,都可能造成读数的粗误差。这主要是因为二进制码当某一较高的数码改变时, 所有比它低的各位数码均需同时改变。
为了消除粗误差,可用循环码代替二进制码。循环码是一种无权码,从任何数变到相邻数时,仅有一位数码发生变化。如果任一码道刻划有误差,只要误差不太大,且只可能有一个码道出现读数误差,产生的误差最多等于最低位的一个比特。
对于n位循环码码盘,与二进制码一样,具有2n种不同编码,最小分辨率α=360°/2n。