工業和信息化部“十四五”規劃教材

高等職業院校“互聯網+”系列精品教材賀道坤張偉建主編宣言歐娟娟張董副主編傳感與視覺檢測技術（ISBN）電子工業出版社

第一講

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第一講第4章數字式傳感器及應用4.1絕對式編碼器2接觸式角編碼器1.編碼器及其分類3.絕對式光電角編碼器及應用4.小結及答疑絕對式編碼器目錄絕對式編碼器1.編碼器分類絕對式角編碼器增量式角編碼器

編碼器：將機械轉動的模擬量（角位移）轉換成以數字代碼形式表示的電信號的傳感器。

特點：高精度、高分辨率和高可靠性。用于各種位移的測量。

分類：主要分為脈沖盤式編碼器和碼盤式編碼器。絕對式編碼器1.編碼器分類位置傳感器直線式直線光柵長磁柵旋轉式角編碼器圓光柵圓磁柵絕對式編碼器1.編碼器分類絕對式角編碼器增量式角編碼器絕對式編碼器1.編碼器分類編碼器測量增量式測量絕對式測量位移增量脈沖形式零位標志作起點二進制數據形式斷電數據保存絕對式編碼器2.接觸式角編碼器10θ絕對式角編碼器自然二進制碼或格雷碼01按照角度直接進行編碼，可直接把被測轉角用一串二進制編碼表示出來絕對式編碼器接觸式光電式絕對式編碼器2.接觸式角編碼器4個電刷4位二進制碼盤+5V輸入

公共碼道

最小分辨角度為α=360o/2n

=360÷16=22.5o絕對式編碼器3.絕對式光電角編碼器及應用光電碼盤的平面結構（8碼道）光電碼盤與光源、光敏元件的對應關系（4碼道）高位低位光源光電碼盤光敏元件絕對式編碼器3.絕對式光電角編碼器及應用V1V2V3V4結果000000001100102001130100401015》》》111115高位低位

分辨力？

α=360o/2n=22.5o絕對式編碼器3.絕對式光電角編碼器及應用絕對式編碼器3.絕對式光電角編碼器及應用德國沃申道夫公司風機絕對式編碼器4.小結及答疑編碼器的分類

工作原理

結構與應用

絕對式編碼器思考題絕對式編碼器01絕對式編碼器的工作碼盤的計算原理以及格雷碼是如何實現角位移計數？思考和操作

第一講

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第一講數字式傳感器及應用4.2增量式編碼器2.增量式編碼器結構1.增量式編碼器工作原理3.兩種編碼器的區別4.小結與答疑增量式編碼器目錄增量式編碼器1.增量式編碼器工作原理

(1)測量輸出的是當前狀態與前一狀態的差值，即增量值。增量式編碼器接觸式光電式

(2)以脈沖數字形式輸出與計數

(3)需要零位標志。練一練：若用增量式光電編碼器或光柵測量直線位移，若每脈沖代表位移為0.01mm，脈沖計數值為200時，則位移是多少？分辨力是多少？缺點：

一旦斷電，無法得知絕對位置增量式編碼器1.增量式編碼器工作原理縫隙整形放大獲得縫隙數，脈沖數A、B用于辨別方向增量式編碼器2.增量式編碼器結構轉軸LED光源光攔板/辨向A，B零位標志光敏元件碼盤及狹縫增量式編碼器2.增量式編碼器結構分辨力：取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤圓周上的狹縫條紋數n有關。增量式編碼器2.增量式編碼器結構增量式編碼器3.兩種編碼器的比較絕對式光電碼盤（12碼道）增量式光電碼盤（1024位）1）傳送在一轉中每一步的唯一的位置信息2）位置信息斷電也能保存3）角度測量、位置檢測及往復運動1）一般用來測試速度與方向2）也可以角度測量3）位置信息斷電不保存增量式編碼器4.小結增量編碼器結構組成

工作原理

區別

增量式編碼器思考題增量式編碼器01兩種編碼器的區別和適用范圍，并舉例說明？思考和操作

第一講

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第一講數字式傳感器及應用4.3光柵傳感器2.

光柵傳感器的工作原理1.光柵傳感器的結構與分類3.光柵傳感器的應用4.小結與答疑光柵傳感器目錄光柵傳感器1.光柵傳感器的結構與分類光柵是由很多等節距的透光的縫隙或不透光的刻線均勻、相間排列而成的光電器件。刻線蒸鍍在長條形或圓形的光學玻璃或金屬片上。刻線寬度a縫隙寬度b柵距：a+b光柵傳感器1.光柵傳感器的結構與分類光柵傳感器原理物理光柵計量光柵光的走向透射光柵反射光柵應用長光柵圓光柵光柵傳感器1.光柵傳感器的結構與分類反射式光柵紅外光源透鏡柵格光電二極管接受器光柵傳感器1.光柵傳感器的結構與分類透射式光柵紅外光源透鏡柵格光電二極管接受器光柵傳感器1.光柵傳感器的結構與分類（1）光源、透鏡；（2）光柵副（主光柵和指示光柵）；（3）光電接收元件組成。光柵傳感器1.光柵傳感器的結構與分類尺身防塵保護罩的內部為長磁柵反射式掃描頭可移動電纜光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理間距B與柵距W及兩光柵夾角θ的關系。光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理主光柵指示光柵莫爾條紋光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理（1）放大作用及減少誤差；（2）根據莫爾條紋的移動方向可以辨別光柵的移動方向。莫爾條紋的特點光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理

有一直線光柵，每毫米刻線數為50，主光柵與指示光柵的夾角

=1.8

，則：

主光柵：分辨力

=柵距W=1mm/50=0.02mm=20

mL≈W/θ=0.02mm/（1.8

*3.14/180

）

=0.02mm/0.0314=0.637mm莫爾條紋的寬度是柵距的32倍，大大增加了光電池的獲取能力。莫爾條紋的放大特點柵距過小，無法直接觀測放大后的條紋可以用小面積的光電池“觀察”莫爾條紋光強的變化。光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理被測物體位移莫爾條紋移動生成正弦波轉變成方波脈沖1）轉換2）放大3）細分工作原理被測物體位移=柵距X脈沖數光柵傳感器2.光柵傳感器的工作原理細分前細分后脈沖倍頻細分光柵傳感器3.光柵傳感器的應用應用應用特點：測量精度高、動態測量范圍廣、可進行無接觸測量、易實現系統的自動化和數字化。測距測速測加速度測振機械行業光柵傳感器3.光柵傳感器的應用測距應用光柵位移傳感器光柵傳感器3.光柵傳感器的應用測角應用圓光柵傳感器光柵傳感器3.光柵傳感器的應用安全保護安全光柵光柵傳感器4.小結增量編碼器結構組成

工作原理

區別

光柵傳感器4.4磁柵的基本原理及應用目錄PAGEDIRECTORY磁柵的基本原理磁柵的特點磁柵的具體應用010203

磁柵的基本原理及應用磁柵傳感器的基本原理01磁柵制作過程中，需在磁尺上進行錄磁，錄磁要求節距嚴格一致，其原理與錄音方法相似；磁柵使用時，將所錄磁信號作為計數電信號，利用脈沖信號量與節距長度，對磁頭移動距離進行測算。磁柵傳感器的基本原理01左圖為磁柵傳感器的基本原理圖，1為由磁頭，2為磁尺，3為檢測電路。磁尺：磁尺上錄有等間距的錄上的一定波長磁信號，該波長我們稱為節距，磁信號的極性是首尾相接，NN重疊為正極最強，SS重疊為負極最強。磁頭：磁頭由勵磁繞組N1和感應輸出繞組N2組成，工作原理：在N1中通入交變的勵磁電流，使磁芯的可飽和部分在每周期內發生兩次磁飽和。磁飽和時磁芯的磁阻很大，N2不產生感應電動勢。只有在勵磁電流每周兩次過零時磁芯導磁時，N2才會產生感應電動勢e，e反應磁頭與磁尺的位置關系，其幅值與磁柵到磁芯漏磁通的大小成正比，可得：

Em－感應電勢的幅值W－磁柵信號的節距x－機械位移量磁柵傳感器的特點02缺點：因為磁尺與磁頭有物理接觸，易磨損，因此使用壽命不如光柵，同時長時間使用易退磁，精度降低明顯。優點:造價低、錄磁方便、易于安裝，測量范圍寬可超過十幾米，抗干擾能力強；磁柵的應用03磁柵尺：量程極大，可達10米以上磁柵的應用03內置于油缸內通過位移檢測反饋行程信息磁柵的應用03磁柵也可以應用于大型機床，比如磨床等。磁尺磁頭磁柵的應用03數顯磁柵表，使用方便快捷，應用廣泛木工機械石材切割磁柵的應用03圓磁柵，磁環，角度編碼器小結與思考雙磁頭磁柵的意義何在

你在生活中的常見磁柵應用

磁柵4.5容柵的基本原理及應用目錄PAGEDIRECTORY容柵的基本原理容柵的特點容柵的具體應用010203

容柵的基本原理及應用容柵傳感器的基本原理01容柵傳感器基于變面積工作原理的電容傳感器因為電極排列如同柵狀，故稱容柵容柵傳感器的基本原理01電容傳感原理

A

兩極板相互遮蓋的有效面積d兩極板的距離，也稱為極距；兩極板間介質的相對介電常數兩極板間介質的介電常數真空的介電常數電容量的大小和哪些因素有關呢？容柵傳感器的基本原理01容柵分為動極板與定極板，定極板為兩組等間隔交叉的極柵，動極板的極距相同且柵寬相同。根據電容計算公式，動極板相對于定極板移動時，機械位移量轉變為電容值的變化，通過電路轉化得到電信號的相應變化量。

容柵傳