数字式传感器课件

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1、数字式传感器 数字式传感器 角度角度-数字编码器按工作原理主要分为数字编码器按工作原理主要分为绝对式绝对式编码器（码盘式编码器（码盘式编码器）、编码器）、增量式增量式编码器（脉冲盘式编码器）两大类。编码器（脉冲盘式编码器）两大类。角度角度-数字编码器是一种数字编码器是一种旋转式旋转式的数字传感器，它的转轴通的数字传感器，它的转轴通常与被测物连接，随被测轴一起转动，它能将被测轴的常与被测物连接，随被测轴一起转动，它能将被测轴的角位移角位移转换成二进制编码或一串脉冲。所谓转换成二进制编码或一串脉冲。所谓编码器编码器就是将机械转动的就是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，编码

2、器模拟量（位移）转换成以数字代码形式表示的电信号，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。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。角度角度-数字编码器按其结构形式有数字编码器按其结构形式有接触式接触式、光电式光电式、电磁式电磁式等。等。三种编码器相比较，光电式编码器的性价比最高，最大特点是三种编码器相比较，光电式编码器的性价比最高，最大特点是非接触测量，允许高速转动。非接触测量，允许高速转动。数字式传感器 绝对式光电编码器主要由安装在旋转轴上的绝对式光电编码器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘编码圆盘（码盘）、（码盘）、狭缝狭缝、安装在圆盘两边的、安装在圆盘两

3、边的光源光源和和光电元件光电元件以及以及测量电路测量电路等组成，基本等组成，基本结构如图结构如图10-1所示。光电式编码器的码盘是一块圆形的光学玻璃，采所示。光电式编码器的码盘是一块圆形的光学玻璃，采用照相腐蚀工艺，在码盘上刻有许多同心码道，每位码道上都有按一用照相腐蚀工艺，在码盘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，即定规律排列的透光和不透光部分，即亮区亮区和和暗区暗区。当光源将光投射在码盘上时，转动码盘，当光源将光投射在码盘上时，转动码盘，通过亮区的光线经狭缝后，通过亮区的光线经狭缝后，由光电晶体管元由光电晶体管元件接收变成电流，经波形整形回路后变成件接收变成

4、电流，经波形整形回路后变成数数字信号字信号，即光电元件的排列与码道一一对应，即光电元件的排列与码道一一对应，对应于亮区和暗区的光电元件输出的信号，对应于亮区和暗区的光电元件输出的信号，前者为前者为“1”，后者为，后者为“0”。当码盘旋至不当码盘旋至不同位置时，光电元件输出信号的组合，反映同位置时，光电元件输出信号的组合，反映出按一定规律编码的数字量，代表了码盘轴出按一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的的角位移角位移大小。大小。数字式传感器 编码器码盘按其所用码制可分为编码器码盘按其所用码制可分为二进制码二进制码、十进制码十进制码、循循环码环码（格雷码）等。（格雷码）等。数字式传感器 脉冲盘式编

5、码器只能用于测量脉冲盘式编码器只能用于测量相对于上一次的角度增量相对于上一次的角度增量，因此称，因此称为增量式编码器，增量式编码器通常由光源、光电码盘、光电元件以为增量式编码器，增量式编码器通常由光源、光电码盘、光电元件以及计数和辨向系统组成。及计数和辨向系统组成。光电码盘的光源最常用的是自身有聚光效果的光电码盘的光源最常用的是自身有聚光效果的LED，光电码盘，光电码盘随转轴一起转动。当码盘转过随转轴一起转动。当码盘转过1/n圈时，光电元件即发出计数脉冲，圈时，光电元件即发出计数脉冲，计数器对脉冲的个数进行计数器对脉冲的个数进行加减增量计数加减增量计数，从而判断出码盘旋转的相对，从而判断出码盘

6、旋转的相对角度，记录转动角度，记录转动方向方向和和位移位移。为了判断转向，才有了加减为了判断转向，才有了加减增量计数的设计，因此增量式编增量计数的设计，因此增量式编码器在工作时为了实现这项功能，码器在工作时为了实现这项功能，实际上会有实际上会有三个脉冲信号三个脉冲信号输出：输出：零位脉冲、零位脉冲、A相脉冲、相脉冲、B相脉冲，相脉冲，其工作形式如图其工作形式如图10-4所示。所示。数字式传感器 增量式编码器的码盘设立了三个码道，透过的光信号由三个光电增量式编码器的码盘设立了三个码道，透过的光信号由三个光电元件接收，分别产生元件接收，分别产生Z（零位脉冲）、（零位脉冲）、A（增量脉冲）、（增量脉

7、冲）、B（辨向脉冲）（辨向脉冲）三个矩形波列。三个矩形波列。零位脉冲零位脉冲，是码盘转动的绝对位置，常用于机械原点定位。，是码盘转动的绝对位置，常用于机械原点定位。信号信号A和信号和信号B是相是相位相差位相差90两列矩形方波，两列矩形方波，即可由即可由A相超前于相超前于B相或相或B相超前于相超前于A相的情况，识相的情况，识别是别是顺时针顺时针旋转，还是旋转，还是逆逆时针时针旋转，从而决定计数旋转，从而决定计数器作器作加计数加计数还是还是减计数减计数。增量式编码器的输出波形增量式编码器的输出波形如图如图10-5所示。所示。数字式传感器部部分分绝绝对对式式编编码码器器的的特特性性参参数数 数字式传

8、感器部部分分增增量量式式编编码码器器的的特特性性参参数数 数字式传感器 由于光电式编码器的输出信号是由于光电式编码器的输出信号是脉冲形式脉冲形式，因此，可以通过测，因此，可以通过测量脉冲频率或周期的方法来测量转速。光电式编码器可代替测速发量脉冲频率或周期的方法来测量转速。光电式编码器可代替测速发电机的模拟测速而成为电机的模拟测速而成为数字测速数字测速装置。数字测速的方法有装置。数字测速的方法有M法测速法测速和和T法测速法测速等，如图等，如图10-6所示。所示。数字式传感器 电梯是智能楼宇的重要设备，安全性、舒适性、准确性是其重电梯是智能楼宇的重要设备，安全性、舒适性、准确性是其重要的技术指标。

9、要的技术指标。现在楼层控制以及平层功能，多采用光电式编码器测距，来现在楼层控制以及平层功能，多采用光电式编码器测距，来实现准确停车。当曳引电动机旋转时，编码器即输出脉冲，脉冲数实现准确停车。当曳引电动机旋转时，编码器即输出脉冲，脉冲数正比于电梯的运行距离。例如，设定电梯在正比于电梯的运行距离。例如，设定电梯在1楼时为零点，电梯运楼时为零点，电梯运行到行到4楼，编码器会输出楼，编码器会输出9800个脉冲，则在上行过程中，脉冲数为个脉冲，则在上行过程中，脉冲数为7000时实行减速，脉冲数为时实行减速，脉冲数为9800时发出停止命令，这样电梯就会准时发出停止命令，这样电梯就会准确停在确停在4楼。楼。

10、数字式传感器 为了设备运行稳定，电动为了设备运行稳定，电动机的速度经常需要进行机的速度经常需要进行闭环控闭环控制制，编码器结合电子线路可以，编码器结合电子线路可以对电动机在正反转时的不同转对电动机在正反转时的不同转速进行精确控制，其工作原理速进行精确控制，其工作原理如图如图10-7所示。将增量式编码器所示。将增量式编码器输出的输出的A、B信号引入信号处理信号引入信号处理回路，经辨向和累加后，变成回路，经辨向和累加后，变成位移和方向测量脉冲。经频率位移和方向测量脉冲。经频率-电压变换器变成正比于频率的电压变换器变成正比于频率的电压，作为电压，作为速度反馈信号速度反馈信号，供，供给速度控制电路，进

11、行给速度控制电路，进行速度调速度调节节。数字式传感器 在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是（又称为刻线），这就是光光栅，图栅，图10-8为透射光栅的示意图。为透射光栅的示意图。图中图中a为栅线的宽度（不透为栅线的宽度（不透光），光），b为栅线间宽（透光），为栅线间宽（透光），a+b=W称为光栅的称为光栅的栅距栅距（也称光（也称光栅常数）。通常栅常数）。通常a=b=W/2，也可刻，也可刻成成a:b=1.1:0.9。目前常用的光栅每。目前常用的光栅每毫米刻成毫米刻成10、25、50、100、250条线

12、条。条线条。数字式传感器 光栅种类很多，按光栅种类很多，按原理和用途原理和用途分为：计量光栅、物理光栅分为：计量光栅、物理光栅（衍射光栅）；按（衍射光栅）；按工作原理工作原理分为：透射光栅、反射光栅；按分为：透射光栅、反射光栅；按光栅表光栅表面的结构和作用原理面的结构和作用原理为：黑白光栅、闪耀光栅（相位光栅）；按形为：黑白光栅、闪耀光栅（相位光栅）；按形状和用途分为：长光栅、圆光栅（径向光栅、切向光栅），长光栅状和用途分为：长光栅、圆光栅（径向光栅、切向光栅），长光栅用于长度测量，又称直线光栅，圆光栅用于角度测量；用于长度测量，又称直线光栅，圆光栅用于角度测量；新型光栅新型光栅则则为：激光全

13、息光栅、偏振光栅。为：激光全息光栅、偏振光栅。其中，物理光栅主要利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光其中，物理光栅主要利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光波测定，而计量光栅常用于检测中，利用光的透射和反射现象，实波测定，而计量光栅常用于检测中，利用光的透射和反射现象，实现现位移测量位移测量，其次，计量光栅的脉冲读数速率可达每毫秒几百次之，其次，计量光栅的脉冲读数速率可达每毫秒几百次之高，有很高的分辨力，非常适用于高，有很高的分辨力，非常适用于动态测量动态测量。数字式传感器 光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅读数头光栅读数头、光栅光栅数显表数显表两大部分

14、。光栅读数头利用光栅原理把输入量（位移量）转两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入量（位移量）转换成相应的电信号；光栅数显表是实现细分、辨向和显示功能的电换成相应的电信号；光栅数显表是实现细分、辨向和显示功能的电子系统。子系统。光光栅读数头主要由光光栅读数头主要由标尺光栅标尺光栅、指示光栅指示光栅、光源光源、光路系统光路系统和和光电元件光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。指示光栅等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。指示光栅比标尺光栅短得多，但两者刻有同样密度的线纹。使用时，指示光比标尺光栅短得多，但两者刻有同样密度的线纹。使用时，指示光栅相对于光电元件固定，标尺光栅则固定在被测

15、物体上，且随被测栅相对于光电元件固定，标尺光栅则固定在被测物体上，且随被测物体一起移动，其长度取决于测量范围，两光栅互相重叠，两者之物体一起移动，其长度取决于测量范围，两光栅互相重叠，两者之间有微小的空隙。当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫尔间有微小的空隙。当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫尔条纹产生明暗交替变化，利用光电元件将其转换为电脉冲信号。条纹产生明暗交替变化，利用光电元件将其转换为电脉冲信号。数字式传感器 光栅读数头实现了位移量由非电量转换为电量，但位移是向光栅读数头实现了位移量由非电量转换为电量，但位移是向量，因而对位移量的测量除了确定大小之外，还应确定其方向。为量，因

16、而对位移量的测量除了确定大小之外，还应确定其方向。为了辨别位移的方向，进一步提高测量的精度，以及实现数字显示的了辨别位移的方向，进一步提高测量的精度，以及实现数字显示的目的，必须把光栅读数头的输出信号送入数显表作进一步的处理。目的，必须把光栅读数头的输出信号送入数显表作进一步的处理。光栅数显表由光栅数显表由整形放大电路整形放大电路、细分电路细分电路、辨向电路辨向电路及及数字显示电路数字显示电路等组成。等组成。数字式传感器 把两块栅距相等的光栅（光栅把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅、光栅2）相对叠合在一起，中间）相对叠合在一起，中间留有很小间隙，并使两者的栅线之留有很小间隙，并使两者的栅线之间

17、形成一个很小的间形成一个很小的夹角夹角，如图，如图10-9所示，这样就可以看到在近于垂直所示，这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现了明暗相间的条纹，栅线方向上出现了明暗相间的条纹，这些条纹叫这些条纹叫莫尔条纹莫尔条纹。也即莫尔条。也即莫尔条纹是由两块光栅的遮光和透光效应纹是由两块光栅的遮光和透光效应形成的。由图形成的。由图10-9的的d-d线上，两块线上，两块光栅的栅线重合，透光面积最大，光栅的栅线重合，透光面积最大，形成条纹的亮带，它是由一系列四形成条纹的亮带，它是由一系列四棱形图案构成的；在棱形图案构成的；在f-f线上，两块线上，两块光栅的栅线错开，形成条纹的暗带，光栅的栅线错开，形成条

18、纹的暗带，它是由一些黑色叉线图案组成的。它是由一些黑色叉线图案组成的。数字式传感器 利用莫尔条纹测量位移具有以下特点：利用莫尔条纹测量位移具有以下特点：1）误差的平均效应误差的平均效应。莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅。莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅的刻线误差有平均作用，从而能在很大程度上消除短周期误差的影响。的刻线误差有平均作用，从而能在很大程度上消除短周期误差的影响。2）移动辨向作用移动辨向作用。如光栅。如光栅1沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅着光栅2的栅线向上移动；反之，当光栅的栅线向上移动；反之，当光栅1向

19、左移动时，莫尔条纹沿着向左移动时，莫尔条纹沿着光栅光栅2的栅线向下移动。的栅线向下移动。因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的的运动进行辨向。运动进行辨向。3）位移的放大作用位移的放大作用。当光栅每移动一个光栅栅距。当光栅每移动一个光栅栅距W时，莫尔条纹也跟着时，莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度移动一个条纹宽度BH，如果光栅作反向移动，条纹移动方向也相反。，如果光栅作反向移动，条纹移动方向也相反。莫尔条纹的间距莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角与两光栅线纹夹角之间的关系为之间的关系为 （10-1）式中，式中，BH为莫尔条纹的间距为莫尔条纹的间距W为光栅的栅距

20、为光栅的栅距为两光栅刻线的夹角为两光栅刻线的夹角WWBH2sin数字式传感器结论：结论：（1）越小，越小，BH越大，这相当于把栅距越大，这相当于把栅距W放大了放大了1/倍。例如倍。例如=0.1，则，则1/573，即莫尔条纹宽度，即莫尔条纹宽度BH是栅距是栅距W的的573倍，相当于把栅距放大了倍，相当于把栅距放大了573倍，说明倍，说明光栅具有位移放大作用光栅具有位移放大作用，从而，从而提高了测量的灵敏度提高了测量的灵敏度。（2）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。例如，采用）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。例如，采用100线线/mm光栅时，若光栅移动了光栅时，若光栅移动了x

21、 mm（也就是移过了（也就是移过了100 x条光栅刻线），条光栅刻线），则从光电元件面前掠过的莫尔条纹也是则从光电元件面前掠过的莫尔条纹也是100 x条。由于莫尔条纹比栅距条。由于莫尔条纹比栅距宽得多，所以能够被光敏元件所识别，宽得多，所以能够被光敏元件所识别，将此莫尔条纹产生的电脉冲信将此莫尔条纹产生的电脉冲信号记数号记数，就可知道移动的实际距离就可知道移动的实际距离。数字式传感器 为了能够辨向，需要有相位差为为了能够辨向，需要有相位差为/2的两个电信号。如图的两个电信号。如图10-11所示，在所示，在相隔相隔BH/4间距间距的位置上，放置两个光电元件的位置上，放置两个光电元件1和和2，得到

22、两个相位差，得到两个相位差/2的电的电信号信号u1和和u2（图中波形是消除直流分量后的交流分量），经整形后得两个（图中波形是消除直流分量后的交流分量），经整形后得两个方波信号方波信号u1和和u2。从图中波形的对应关系可看出，当光栅沿从图中波形的对应关系可看出，当光栅沿A方向移动时，方向移动时，u1经微分电经微分电路后产生的脉冲，路后产生的脉冲，正好发生在正好发生在u2的的“1”电平时，从而经电平时，从而经Y1输出一个计数输出一个计数脉冲；而脉冲；而U1经反相并微分后产生的脉冲，则与经反相并微分后产生的脉冲，则与u2的的“0”电平相遇，与门电平相遇，与门Y2被阻塞，无脉冲输出。在光栅沿被阻塞，无

23、脉冲输出。在光栅沿A方向移动时，方向移动时，u1的微分脉冲发生在的微分脉冲发生在u2为为“0”电平时，与门电平时，与门Y1无脉冲输出；而无脉冲输出；而u1的反相微分脉冲则发生在的反相微分脉冲则发生在u2 的的“1”电平时，与门电平时，与门Y2输出一个计数脉冲，则说明输出一个计数脉冲，则说明u2的电平状态作为与的电平状态作为与门的控制信号，来控制在不同的移动方向时，门的控制信号，来控制在不同的移动方向时，u1所产生的脉冲输出。这样所产生的脉冲输出。这样就可以根据就可以根据运动方向运动方向正确地给出正确地给出加计数脉冲加计数脉冲或或减计数脉冲减计数脉冲，再将其输入可，再将其输入可逆计数器，实时显示

24、出相对于某个参考点的位移量。逆计数器，实时显示出相对于某个参考点的位移量。数字式传感器数字式传感器 所谓细分，就是在莫尔条纹信号变化一个周期内，发出若干个所谓细分，就是在莫尔条纹信号变化一个周期内，发出若干个脉冲，以减小脉冲当量，如一个周期内发出脉冲，以减小脉冲当量，如一个周期内发出n个脉冲，即可使测量个脉冲，即可使测量精度提高到精度提高到n倍，而每个脉冲相当于原来栅距的倍，而每个脉冲相当于原来栅距的1/n。由于细分后计。由于细分后计数脉冲频率提高到了数脉冲频率提高到了n倍，因此也称之为倍，因此也称之为n倍频倍频。光栅细分方法有。光栅细分方法有机械细分和电子细分两类。机械细分和电子细分两类。1

25、）机械细分机械细分。又称位置细分，其优点是对莫尔条纹产生的信号波。又称位置细分，其优点是对莫尔条纹产生的信号波形没有严格要求，电路简单，可用于静态和动态测量系统；缺点则形没有严格要求，电路简单，可用于静态和动态测量系统；缺点则是光电元件安放困难，细分数不能太高。是光电元件安放困难，细分数不能太高。2）电子细分电子细分。电子细分技术的基本原理是正余弦组合技术，又可。电子细分技术的基本原理是正余弦组合技术，又可分为四倍频细分、电阻电桥细分和电阻链细分（电阻分割）三种。分为四倍频细分、电阻电桥细分和电阻链细分（电阻分割）三种。数字式传感器 在增量式光栅中，为了寻找坐标原点、消除误差积累，在测量在增量

26、式光栅中，为了寻找坐标原点、消除误差积累，在测量系统中需要有系统中需要有零位标记零位标记（位移的其始点），因此在光栅尺上除了主（位移的其始点），因此在光栅尺上除了主光栅线外，还必须刻有零位基准的光栅线外，还必须刻有零位基准的零位光栅零位光栅，以形成，以形成零位脉冲零位脉冲，又，又称称参考脉冲参考脉冲。把整形后的零位信号作为。把整形后的零位信号作为计数开始的条件计数开始的条件。在使用光栅时，要注意运动速度必须在允许的范围内，当速度在使用光栅时，要注意运动速度必须在允许的范围内，当速度过高时，光电元件还来不及响应，造成输出信号的幅值降低，波形过高时，光电元件还来不及响应，造成输出信号的幅值降低，波

27、形变坏。变坏。数字式传感器 圆光栅是一种精密的测角元件，圆光栅传感器广泛用于跟踪仪圆光栅是一种精密的测角元件，圆光栅传感器广泛用于跟踪仪器、测角仪器、以及数控机床，还可作为精密检测系统中的反馈元器、测角仪器、以及数控机床，还可作为精密检测系统中的反馈元件。件。光栅位移数字测量系统读数直观、迅速，使用方便，可靠性高，光栅位移数字测量系统读数直观、迅速，使用方便，可靠性高，抗干扰能力强，并且分辨率高，精度高，工作速度快还带有微机误抗干扰能力强，并且分辨率高，精度高，工作速度快还带有微机误差修正的数字显示。常用于数显、数控机床的位移测量；划线机、差修正的数字显示。常用于数显、数控机床的位移测量；划线

28、机、测长机、计量仪器的位置数字测量以及各种位移的数字显示测长机、计量仪器的位置数字测量以及各种位移的数字显示 数字式传感器数字式传感器 光栅传感器属于非接触测量方式，它测量精度高、动态测量范围广、光栅传感器属于非接触测量方式，它测量精度高、动态测量范围广、易实现系统的数字化和自动化，在量具、数控机床的闭环反馈控制、工作易实现系统的数字化和自动化，在量具、数控机床的闭环反馈控制、工作母机的坐标测量等方面，光栅传感器都起着重要作用，因而在机械工业中母机的坐标测量等方面，光栅传感器都起着重要作用，因而在机械工业中得到了广泛应用。得到了广泛应用。图图10-12为光栅式万能测长仪的工作原理图。标尺光栅采

29、用透射式黑为光栅式万能测长仪的工作原理图。标尺光栅采用透射式黑白振幅光栅，光栅栅距白振幅光栅，光栅栅距W0.01m，指示光栅采用四裂相光栅，光源采，指示光栅采用四裂相光栅，光源采用用TIL-23红外发光二极管，其发光光谱为红外发光二极管，其发光光谱为930nml000nm，LS600光电三光电三极管用于接收，两光栅之间的间隙为极管用于接收，两光栅之间的间隙为0.02nm0.035mm，由于标尺光栅和，由于标尺光栅和指示光栅之间的透光和遮光效应，形成莫尔条纹，当两块光栅相对移动时，指示光栅之间的透光和遮光效应，形成莫尔条纹，当两块光栅相对移动时，便可接收到周期性变化的光通量。利用四裂相指示光栅依

30、次获得便可接收到周期性变化的光通量。利用四裂相指示光栅依次获得sin、cos、-sin和和-cos四路原始信号，以满足辨向和消除共模电压的需要。四路原始信号，以满足辨向和消除共模电压的需要。由光栅传感器获得的四路原始信号，经差分放大器放大、移相电路分由光栅传感器获得的四路原始信号，经差分放大器放大、移相电路分相、整形电路整形、倍频电路细分、辨向电路辨向进入可逆计数器计数，相、整形电路整形、倍频电路细分、辨向电路辨向进入可逆计数器计数，由显示器显示读出。这后面的过程均由相应的电路来完成，也可以采用大由显示器显示读出。这后面的过程均由相应的电路来完成，也可以采用大规模集成电路或者微型计算机等来实现

31、以上功能。规模集成电路或者微型计算机等来实现以上功能。数字式传感器数字式传感器 1角度角度-数字编码器是一种旋转式的数字传感器，将被测轴的角位数字编码器是一种旋转式的数字传感器，将被测轴的角位移转换成二进制编码或一串脉冲。编码器以其高精度、高分辨率和高可移转换成二进制编码或一串脉冲。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。角度靠性被广泛用于各种位移的测量。角度-数字编码器按工作原理主要分为数字编码器按工作原理主要分为绝对式编码器（码盘式编码器）、增量式编码器（脉冲盘式编码器）两绝对式编码器（码盘式编码器）、增量式编码器（脉冲盘式编码器）两大类。角度大类。角度-数字编码器按

32、其结构形式有接触式、光电式、电磁式等。数字编码器按其结构形式有接触式、光电式、电磁式等。2绝对式编码器不管有无旋转，由于能够给出与每个角位置相对应绝对式编码器不管有无旋转，由于能够给出与每个角位置相对应的完整的数字量输出，所以总能确认其旋转位置。由单个码盘组成的绝的完整的数字量输出，所以总能确认其旋转位置。由单个码盘组成的绝对式编码器，所测得的角位移范围是对式编码器，所测得的角位移范围是0360。绝对式光电编码器主要。绝对式光电编码器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘（码盘）、狭缝、安装在圆盘两边的光源由安装在旋转轴上的编码圆盘（码盘）、狭缝、安装在圆盘两边的光源和光电元件以及测量电路等组成，码盘

33、按其所用码制可分为二进制码、和光电元件以及测量电路等组成，码盘按其所用码制可分为二进制码、十进制码、十进制码、循环码（格雷码）等。循环码（格雷码）等。3增量式编码器只在旋转期间输出和旋转相对应脉冲的型式，在静增量式编码器只在旋转期间输出和旋转相对应脉冲的型式，在静止状态下不输出。它的输出是一系列脉冲，需要一个计数系统对脉冲进止状态下不输出。它的输出是一系列脉冲，需要一个计数系统对脉冲进行加减（正向或反向旋转时）累计计数，一般还需要一个基准数据即零行加减（正向或反向旋转时）累计计数，一般还需要一个基准数据即零位基准，才能完成角位移测量。通常由光源、光电码盘、光电元件以及位基准，才能完成角位移测量

34、。通常由光源、光电码盘、光电元件以及计数和辨向系统组成。计数和辨向系统组成。数字式传感器 4编码器除了可以测量角位移外，还可以通过测量光电脉冲的频率，编码器除了可以测量角位移外，还可以通过测量光电脉冲的频率，转而用来测量转速。如果通过机械装置，将直线位移转换为角位移，还转而用来测量转速。如果通过机械装置，将直线位移转换为角位移，还可以测量直线位移。可以测量直线位移。5光栅种类很多，按原理和用途分为：计量光栅、物理光栅（衍射光栅种类很多，按原理和用途分为：计量光栅、物理光栅（衍射光栅）；按工作原理分为：透射光栅、反射光栅；按光栅表面的结构和光栅）；按工作原理分为：透射光栅、反射光栅；按光栅表面的

35、结构和作用原理为：黑白光栅、闪耀光栅（相位光栅）；按用途分为：长光栅、作用原理为：黑白光栅、闪耀光栅（相位光栅）；按用途分为：长光栅、圆光栅（径向光栅、切向光栅）；新型光栅则为：激光全息光栅、偏振圆光栅（径向光栅、切向光栅）；新型光栅则为：激光全息光栅、偏振光栅。计量光栅常用于检测中，主要利用光的透射和反射现象产生得莫光栅。计量光栅常用于检测中，主要利用光的透射和反射现象产生得莫尔条纹进行测量，常用于位移测量，有很高的分辨力，计量光栅的脉冲尔条纹进行测量，常用于位移测量，有很高的分辨力，计量光栅的脉冲读数速率可达每毫秒几百次之高，非常适用于动态测量。读数速率可达每毫秒几百次之高，非常适用于动态

36、测量。6光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅读数头、光栅数显光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅读数头、光栅数显表两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入量（位移量）转换成响应表两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入量（位移量）转换成响应的电信号；光栅数显表是实现细分、辨向和显示功能的电子系统。的电信号；光栅数显表是实现细分、辨向和显示功能的电子系统。7从光栅测量原理中可知，以移过的莫尔条纹的数量来确定位移量，从光栅测量原理中可知，以移过的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为光栅栅距。为了提高分辨率和测量比栅距更小的位移量，可其分辨率为光栅栅距。为了提高分辨率和测量比栅距更小的位移量，可采用细分技术。而移动方向则根据产生脉冲的相位关系来判断。采用细分技术。而移动方向则根据产生脉冲的相位关系来判断。8介绍了部分数字式传感器的型号、性能指标、适用范围以及典型介绍了部分数字式传感器的型号、性能指标、适用范围以及典型数字式传感器的应用，以供参考。数字式传感器的应用，以供参考。