开放式数控系统的检测元件

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常用检测元件归纳表
' e7 w- k( i* _; ^/ \增量式编码器
绝对式编码器
1 F) y% N% {1 N3 h: w+ D. v9 S& M6 B光栅
旋转变压器
  {7 D5 `3 G, |' S旋转式感应同步器
# N. N) @1 p$ _, j原理
7 N  @3 P5 F# }, r8 D. ^利用光电原理把机械角位移变成电信号
# d% N1 a% z8 D) ^5 w- e5 q利用光的衍射原理产生的明暗交替的莫尔条纹
利用电磁感应原理的模拟式测角器件，本质上是互感系数可变的变压器
6 j: a# H, B$ L1 L, l利用电磁感应原理，两个平面形印制绕组的互感随位置不同而变化，工作原理与多极旋转变压器相似
分类
原理和结构
(1)接触式
(2)光电式
(3)电磁式
反馈形式
+ D& G; M% C1 s* O: B; z(1)增量式编码器
(2)绝对式编码器
2 G* d$ X1 f, a! `- c2 v& o(3)混合式编码器
材料
5 O' F+ x# t: k  b, B. x: O2 z(1)玻璃光栅
- z* z6 E; h# n6 W4 T(2)金属光栅
; u+ ^. [8 u1 y  V6 J6 O原理
(1)透射式
- m2 r+ Z8 a; r9 G/ z(2)反射式
(1)正余弦旋转变压器
(2)线性旋转变压器
(3)比例式旋转变压器
% O% @2 Y. c- p. n' a(1)直线式
( z3 O+ }5 \, I" L/ h" ?(2)旋转式
基本组成
4 e7 a7 H- D" R! ?/ x发光二极管，光电圆盘，遮光板，光敏元件，
(1)圆光栅
  p, D  j1 M5 O- h' y金属圆环，标尺光栅，读数头
* ]* M; u) r& S8 h(2)直线光栅
2 L) _$ q! j, b- `标尺光栅，读数头
, ?) d: B: }' J) r& ^; {分有刷和无刷两种，定子铁心与线圈，转子铁心与线圈，转子输出变压器
定尺和滑尺，绕组
特点
  h6 G4 I+ \/ A; @每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量角位移
* c* L" w; j1 L8 {7 ^4 @' s; j通过读取编码盘上的图案来表示绝对角位移
% p6 Z. q1 g* r通过光敏元件测量莫尔条纹移动的数量来测量角位移
输出为模拟量
0 z' O) ?  P1 h4 p感应输出电动势为幅值不变，相位随定尺和滑尺相对变化的交流电压。
优点
4 p, B! s" x7 G" K2 _5 {) r! V6 p(1)没有触点磨损
- [- w' A0 c) s* K' a% r(2)允许转速高、精度高
* m) x9 {) t% m( C. H" m0 ?$ p分辨率高
易于实现数字化测量和
+ y& h% M4 `1 B" H3 `* p$ }+ f. x自动控制
, O7 n8 Y% ]! C( @结构简单、坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、信号输出幅度大、成本低
(1)高精度高分辨率的线位移和转角测量
; `  ^4 T! Z' t(2)抗干扰能力强，受外界干扰电场和空间磁场变化的影响很小，基本不受电源波动的影响
(3)结构简单、工作可靠、使用寿命长
(4)可以长距离位移测量
(5)工艺性好、成本较底、便于复制和成批生产
(3)最常用，易安装
(4)价格较绝对式便宜
(3)可以直接读取角度坐标的绝对值，不必“寻零”
  n4 _. @/ E9 i0 h% }. E(4)位置信息不容易丢失
4 Z" g7 w" M) |9 \(5)没有累积误差
' k* w$ U( g; d, I$ [- X( J  {) \(6)允许的最高旋转速度比增量式高
缺点
(1)结构复杂
, F: i( p0 L8 `+ U. v% G5 O(2)价格贵
! b. o! Z/ I% d& [( @, T* T! G5 |对使用环境要求较高，使用时要求密封，须防油污、灰尘、铁屑等污染
) a* v  S5 U  U- s  f(1)精度低，适合中低精度角位移的测量
(2)输出为模拟量，不能实现直接数字控制
0 z$ d$ c* B/ }8 [; S3 s+ |0 D(1)输出信号弱
(2)信号处理麻烦
7 |5 G/ S  J  [$ P- F1 `7 B(3)配套的用于信号处理的电子设备(数显表)比较复杂，价格高
2 I5 q, q8 C: v5 ?9 B2 p- B(3)掉电后会丢失位置信息
(4)允许的最高旋转速度不如绝对式高
! i2 j$ a0 S* o4 \  X. v(3)单转式所能测量的轴角范围0～360°，不适于用多转数运动控制中，多转式已有开发，但成本较高
(4)采样处理时存在时间延迟，不适应高速控制的需要
7 x6 }/ T7 k- _# g# u4 J精度范围
+ Q- M3 h" m1 v3 H/ t- L以分辨率表示，与码盘转一周所产生的脉冲数和倍频数有关。一般为500～5000个脉冲/r。高精度达217脉冲数。倍频数一般为1，2，4，8倍频。
9 ?$ e& S+ p- A! Q6 f$ k  T$ a0 A以分辨率表示，与码盘的码道数目有关。高精度绝对码盘一般为19位，更高精度达21位
10nm～10μm
' q" Y9 G1 x  Q  t5 r9 i5 A测量精度3～5’
(1)直线式
1 N" @8 p' r) Q4 \# w精度±1μm，分辨率0.05μm，重复精度0.2μm
- X" y/ m1 a% Q) H% U8 @( S, @(2)旋转式(直径300mm)
5 l9 t3 n9 w' V/ J# i! i, f/ A精度±1"，分辨率0.05"，重复精度0.1 "
3 U$ [4 m& Q( u1 }应用场合
- W' Y1 q0 {% T9 ~- D) j3 }非常广泛。角度、速度、加速度、线位移量、角度量测量的各种场合
非常广泛。角度测量的各种场合
1 ~% a  {# _, {6 n& {应用广泛。计量和检测、装配和测试、直线电动机、印刷和影象、科学仪器、半导体制造中
' h7 s$ T( }- k/ [! Z1 i在高精度的随动系统中做测量元件，在模拟解算装置中做解算元件
' X) ?0 s/ y7 x+ @很广。
旋转式应用如:陀螺平台、伺服转台、火炮控制、雷达天线定位、精密机床等设备中。
% s; V4 p1 E4 f/ Z7 \直线式应用如:坐标镗床、坐标铣床以及其它精密机床的定位、显示、和数控机床的闭环控制系统中
# Q% \9 `1 U, @6 F1 u! j4 o主要特征参数
电源，输出信号，输出形式，脉冲数，最高响应频率，启动力矩，轴上额定负载，最高转速，轴径/轴形状，使用环境
电源，输出形式，输出码，分辨率(码道数目)，最高响应频率，启动力矩，轴上额定负载，最高转速，轴径/轴形状，使用环境
" a" ^) p( D, [5 d分辨率，输出波形，量程或直径，测量周期，环境要求，直流电源，防护等级，最小时钟频率，最大移动速度，尺寸
5 C$ m& `4 C9 k- ]2 z1 J5 |普通:
- q9 D* X% z( P! V  {激磁方式，激磁方额定电压，额定频率，开路输入阻抗，变压比(输出/激磁)，多极和双通道型及极对数，最大空载输出电压
, @+ B& W9 g9 f结构类型，检测周期，精度，重复精度，滑尺阻抗，滑尺输入电压，定尺阻抗，定尺输入电压，电压传递系数
1 r" U1 d) |3 M【MechNet】
文章关键词： 数控机床