04第四章信号检出技术bppt-上海交通大学一类课程.ppt

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1、第四章第四章 信号检出技术信号检出技术5、超声波测距系统、超声波测距系统声音声音-机械波（机械振动机械波（机械振动-弹性煤质）；弹性煤质）；声波声波-纵波；纵波；声速声速（C）-声波在媒质中传播的速度声波在媒质中传播的速度，单位为，单位为m/s声频范围（可听频率范围）：声频范围（可听频率范围）：20 20000Hz次声波次声波-频率低于频率低于20Hz；超声波；超声波-超过超过20kHztc -往返时间往返时间特点：不易受太阳光干扰；不受测量对象颜色、表面形状的影响；特点：不易受太阳光干扰；不受测量对象颜色、表面形状的影响；抗污染能力强抗污染能力强超声波在空气中的传播速度：超声波在空气中的传播

2、速度：空气中：空气中：344m/s；水中：；水中：1440m/s；钢铁中：约；钢铁中：约5000m/s。T-环境温度环境温度（C）应用：粉尘、水滴飞溅；透明体（如塑料薄膜和板材）、海绵、应用：粉尘、水滴飞溅；透明体（如塑料薄膜和板材）、海绵、橡胶、蝶形纸类的堆积量橡胶、蝶形纸类的堆积量/厚度的测量；物流运输系统厚度的测量；物流运输系统被测距离：被测距离：1）原理：）原理：2）应用实例：）应用实例：运输小车的控制运输小车的控制 车体的定位检测车体的定位检测四、角度及角位移传感器四、角度及角位移传感器矩形零件的直角，锥体的锥角、零部件的定位角、转角及分度角矩形零件的直角，锥体的锥角、零部件的定位角

3、、转角及分度角 实物基准实物基准-标准多面棱体、标准分度盘和角度量块标准多面棱体、标准分度盘和角度量块 角度检测：角度检测：直接检测：直接检测：间接检测：间接检测：相对检测、绝对检测相对检测、绝对检测角度检测器具角度检测器具-角尺、角度样板、量角器、水平仪、分度头、角尺、角度样板、量角器、水平仪、分度头、光学测角仪光学测角仪 1、相对检测、相对检测1）角度样板）角度样板-专用的定值量具专用的定值量具-较精密零件的检验较精密零件的检验 a-光隙大小光隙大小(mm)L-被检锥体素线长度被检锥体素线长度(mm)角度偏差：角度偏差：2）多面棱体）多面棱体-多值的角度块多值的角度块正多面体正多面体-合金

4、钢合金钢/石英玻璃石英玻璃工作面数：工作面数：6，8，12，24，36，72角度基准角度基准-测量分度盘、精密齿轮、测量分度盘、精密齿轮、蜗轮的分度误差蜗轮的分度误差其他测量其他测量-获得精确转角获得精确转角多面棱体测量分度误差多面棱体测量分度误差1-被测度盘；被测度盘；2-24面体；面体；3-工作台；工作台；4-自准直仪；自准直仪；5-读数显微镜；读数显微镜；6-底座底座3）圆光栅传感器）圆光栅传感器光栅光栅-径向光栅、切向光栅、环形光栅径向光栅、切向光栅、环形光栅径向圆光栅径向圆光栅 切向圆光栅切向圆光栅 径向光栅的圆弧形莫尔条纹径向光栅的圆弧形莫尔条纹两块径向光栅两块径向光栅-栅距角相同

5、栅距角相同/不大偏心量不大偏心量光栅不同区域，光栅不同区域，栅栅线交角线交角不同不同-圆弧形莫尔条纹圆弧形莫尔条纹 （不同曲率半径）（不同曲率半径）条纹宽度条纹宽度-随位置变化随位置变化偏心垂直位置上偏心垂直位置上-条纹近似垂直于栅线条纹近似垂直于栅线偏心方向上偏心方向上-条纹近似平行于栅线条纹近似平行于栅线-横向莫尔条纹横向莫尔条纹-纵向莫尔条纹纵向莫尔条纹其他位置其他位置-斜向莫尔条纹斜向莫尔条纹实际应用实际应用特例特例-光闸莫尔条纹（同心、栅距角相同）光闸莫尔条纹（同心、栅距角相同）主光栅（一个栅距角）主光栅（一个栅距角）-透光量（一个周期）透光量（一个周期）莫尔条纹莫尔条纹-圆弧形、圆

6、弧形、环形、辐射形环形、辐射形 切向光栅的环形莫尔条纹切向光栅的环形莫尔条纹两块切向光栅两块切向光栅-栅距角相同栅距角相同/切线圆半切线圆半径不同径不同/同心叠合同心叠合环形莫尔条纹环形莫尔条纹 -以光栅中心为圆心的同心圆簇以光栅中心为圆心的同心圆簇条纹宽度条纹宽度-随条纹位置变化随条纹位置变化应用：高精度角度测量和分度应用：高精度角度测量和分度-全光栅平均效应全光栅平均效应优点：优点：环形环形光栅的辐射形莫尔条纹光栅的辐射形莫尔条纹两块环形光栅两块环形光栅（相同）（相同）-栅线相对栅线相对/不大的偏心量不大的偏心量辐射形莫尔条纹辐射形莫尔条纹 -条纹近似直线条纹近似直线/呈辐射状呈辐射状特点

7、：条纹数目特点：条纹数目/位置位置-偏心量大小偏心量大小/圆心连线方向圆心连线方向光栅旋转光栅旋转-条纹数目条纹数目/位置（不变）位置（不变）偏心量（一个栅距）偏心量（一个栅距）-莫尔条纹数莫尔条纹数目增加一条（一个象限内）目增加一条（一个象限内）应用：主轴偏移、晃动应用：主轴偏移、晃动2、绝对测量、绝对测量1）差动电容式转角传感器）差动电容式转角传感器两个独立极板两个独立极板-旋转圆盘旋转圆盘圆盘旋转圆盘旋转-电容差动变化电容差动变化(a)扇形平板结构；扇形平板结构；(b)柱面板结构柱面板结构2)光电水平仪光电水平仪特点：输出为电信号，可以方便的进行数据的自动采集、处理及传送。特点：输出为电

8、信号，可以方便的进行数据的自动采集、处理及传送。仪器的体积小，结构简单，能进行二维倾斜角的测量。仪器的体积小，结构简单，能进行二维倾斜角的测量。1-黑箱；黑箱；2-发光二极管；发光二极管；3-二维酒精水平仪；二维酒精水平仪；4-底座：底座：5-四象限光电二极管四象限光电二极管示值误差：小于示值误差：小于 10 3)光纤水平仪光纤水平仪1-刻度盘；刻度盘；2-法兰盖；法兰盖；3-壳体；壳体；4-腔体：腔体：5-照明灯；照明灯；6-非透明液体；非透明液体；7-电池；电池；8-光纤光纤刻度盘刻度盘-暗斑暗斑4)光电式绝对编码器光电式绝对编码器 特点：高精度、高分辨力、可靠性好特点：高精度、高分辨力、

9、可靠性好-数字式传感器（直接）数字式传感器（直接）1-光源；光源；2-柱面镜；柱面镜；3-码盘；码盘；4-狭缝；狭缝；5-元件元件 原理：平行光源原理：平行光源码盘码盘 光电元件光电元件电信号输出电信号输出 光学码盘式传感器光学码盘式传感器-用光电方法将被测角位移转化成数字电信号用光电方法将被测角位移转化成数字电信号 码盘：光学玻璃，透光码盘：光学玻璃，透光/不透光（同心码道）不透光（同心码道）照相腐蚀照相腐蚀 要求：分度准确（工艺）、要求：分度准确（工艺）、阴暗交替边缘陡峭（工艺、材质）阴暗交替边缘陡峭（工艺、材质）光源：光源：LED 光学系统光学系统 平行光平行光 投影精确投影精确 光电元

10、件：硅光电池，光电晶体管光电元件：硅光电池，光电晶体管 码道：位数码道：位数每个码道对应一个光电元件每个码道对应一个光电元件分辨率分辨率 角度分辨率：角度分辨率：=360/2n n-码道数（位数）码道数（位数）光电元件输出：光电元件输出：亮区亮区-“1”;暗区暗区-“0”1-20/21位位信号组合信号组合-编码数字量编码数字量 -转角大小转角大小 绝对测量绝对测量-固定的数字码固定的数字码 （不需要基准）（不需要基准）编码码制：编码码制：直观，易于后续电路和计算机处理。直观，易于后续电路和计算机处理。多位码同时动作多位码同时动作同步误差同步误差错码错码格雷码（循环码）格雷码（循环码）有权码有权

11、码对称性，无权码对称性，无权码二进制码二进制码相邻两数只有一位不同相邻两数只有一位不同每次只有一位变化每次只有一位变化转换转换 十进制码十进制码8个码道、个码道、2位位内内4圈圈-高位；高位；外外4圈圈-低位低位编码数：编码数：102个个分辨力：分辨力：360/102 =3.6 编码：二编码：二十进制十进制十进制十进制 09二进制二进制 00001010容量小，有权码容量小，有权码较少使用较少使用角度位置十进制码二进制码格雷码0.022.545.067.590.0112.5135.0157.5180.0202.5225.0247.5270.0292.5315.0337.5ABCDEFGHIJK

12、LMNOp0123456789101112131415000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111100000001001100100110011101010100110011011111111010101011100110004位位光电编码器码制光电编码器码制 特点与应用特点与应用 特点：结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好，特点：结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好，直接数字量输出，绝对码输出，直接数字量输出，绝对码输出，测量范围小（测量范围小（360），速度不高（最高几千转），速度不高（最高几千转/分）分）应用：小范围绝对位置测量应用：小范围绝对位置测量-角度、直线位置角度、直线位置 小范围位移、速度检测小范围位移、速度检测例：例：1-光源；光源；2非球面聚光镜；非球面聚光镜；3 码盘；码盘；4狭缝；狭缝；5-光电元件光电元件今日作业今日作业 设计动画，分别演示三种圆光栅形成的莫尔条纹设计动画，分别演示三种圆光栅形成的莫尔条纹 （圆弧形（光闸）、环形、辐射形）（圆弧形（光闸）、环形、辐射形）设计动画，演示长光栅形成的各种莫尔条纹（选做）设计动画，演示长光栅形成的各种莫尔条纹（选做）时间时间：2周周之内之内Email:要求：软件不限（动画软件）要求：软件不限（动画软件）任务：任务：