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
增量式编码器
绝对式编码器
光栅
5 x$ r. M1 j- Z0 G; C旋转变压器
旋转式感应同步器
原理
利用光电原理把机械角位移变成电信号
" P' m+ R" f3 v! y利用光的衍射原理产生的明暗交替的莫尔条纹
( u  k) B: K8 h! |1 i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
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 G" r& n5 a7 _9 r" n(2)光电式
(3)电磁式
% X; k1 c4 e0 q# C. I! E反馈形式
(1)增量式编码器
( I: l' d4 O: A( a(2)绝对式编码器
  l; f( R$ _* m, c(3)混合式编码器
材料
(1)玻璃光栅
(2)金属光栅
* ~  L& K! R( [原理
9 v6 m% Q( y3 P' V- W$ D1 O(1)透射式
$ f, R3 @& q( \& q(2)反射式
2 o+ ^0 M' l! s! o2 ~(1)正余弦旋转变压器
; g3 S( f# T/ f(2)线性旋转变压器
. f* S4 D8 e& r+ X7 j  @4 ^4 d, m& [; U(3)比例式旋转变压器
3 k* h7 M2 O  u) u(1)直线式
(2)旋转式
基本组成
发光二极管，光电圆盘，遮光板，光敏元件，
+ G. ?9 a# U2 L5 h& |(1)圆光栅
金属圆环，标尺光栅，读数头
(2)直线光栅
标尺光栅，读数头
. {8 E7 `8 U# H% \% K% Z1 `9 T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
: J. Z$ G* Q/ r. b. h; V特点
$ O. |& ^! A, |( c  B# a  P  i每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量角位移
通过读取编码盘上的图案来表示绝对角位移
! q3 O) B6 ~  a& ]! Q+ _5 h通过光敏元件测量莫尔条纹移动的数量来测量角位移
; V8 |( p& S8 H0 _输出为模拟量
% P: D! V1 m6 n% d, \( u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。
3 w% l. F- M6 q' e8 f优点
3 ?5 i3 ^' D! ~- V(1)没有触点磨损
1 H4 Q0 F. X* @2 E; J2 ?2 {* [+ j(2)允许转速高、精度高
5 G& A" h/ z( C6 ^9 L- e4 |分辨率高
2 R3 Q( l) ?$ n/ k) J7 e易于实现数字化测量和
' W9 M, B  j' I0 {' ]* i自动控制
" h* t5 m0 E2 F/ X- ]1 x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
(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
& l6 e* G* B" p0 n* P$ L& x' n4 A5 z(4)可以长距离位移测量
8 J, H7 d0 K% U8 a, c(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
0 z& c2 U5 {8 p(4)价格较绝对式便宜
9 ~! t! b4 u- D4 v(3)可以直接读取角度坐标的绝对值，不必“寻零”
(4)位置信息不容易丢失
* A8 u: n9 z/ D4 G# ](5)没有累积误差
(6)允许的最高旋转速度比增量式高
3 i9 l4 R9 `5 p" r缺点
! i* z' t/ J  i6 o/ y  L(1)结构复杂
(2)价格贵
# B$ l* a* x1 R; M# R8 B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
(1)精度低，适合中低精度角位移的测量
, h8 W% a/ v* s. i, E(2)输出为模拟量，不能实现直接数字控制
(1)输出信号弱
(2)信号处理麻烦
(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
(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
: x+ G6 W* s- ?- K4 ]7 n(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
精度范围
. r3 N, @: J7 |! U" q8 E, Z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。
! V. l$ H3 T6 a" o: o0 @4 w" S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
2 h7 @7 r9 Y2 K+ p10nm～10μm
' S( P5 O* J  x0 x5 }4 b测量精度3～5’
(1)直线式
: Z  p2 p5 m) D+ f# l! q  N精度±1μm，分辨率0.05μm，重复精度0.2μm
$ w% j. G; Z  ?- w, [(2)旋转式(直径300mm)
精度±1"，分辨率0.05"，重复精度0.1 "
; O, K8 }  B8 u* }" o7 F' P# i: A) N应用场合
( A. n, B) ^/ r  b3 q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
1 H: q* l9 Z: O# A% P- |4 ^' D1 D非常广泛。角度测量的各种场合
4 z5 X5 d& |" _: x& {, ?; ^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
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
9 [) h$ Y5 C4 X' S0 q! i很广。
& @/ K- c% I7 G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。
- P: N% {2 V$ x+ ?: B# s2 x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
8 o8 j9 S2 s5 D0 ~0 b" F8 t' n$ O; p主要特征参数
/ u, T  W' t1 \; b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
6 j3 V6 x% u& r: ?& P( L$ E3 ]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
普通:
0 B! |; D+ W$ Z& O* l# V( 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
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
【MechNet】
4 F( k( r6 y( z6 q( ?文章关键词： 数控机床