第2章伺服控制基础知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二章,伺服控制基础知识,1,内容提要,第1节 电力电子器件的应用,第2节 检测元件,2,第2节 检测元件,速度检测,角度（角位移）检测,位置检测,3,数控机床对位置检测元件的要求,1,具有高可靠性和高抗干扰能力；,2,可满足数控机床精度和速度的要求；,3,能适应生产现场的工作环境，使用、维护方便；,4,价格低，寿命长；,5,便于与数控机床安装、连接。,4,位量检测元件的分类和特点,经常用于数控机床的位置检测元件有,旋转变压器、感应同步器、编码盘、光栅和磁尺等,。,安装的位置及耦合方式,直接测量,和,间接测量,；测量方法,增量型,和,绝对型,;,检测信号的类型,模拟式,和,数字式,；运动型式,回转型,和,直线型,；信号转换的原理,光电效应、光栅效应、电磁感应原理、,压电效应、压阻效应和磁阻效应,等。,分类：,5,同步电机和异步电机的区别,：,三相交流电通过一定结构的,定子,绕组时,要产生旋转磁场.在旋转磁场的作用下,转子随旋转磁场旋转,。,如果转子的转速同旋转磁场的转速完全一致,就是同步电机;如果转子的转速小于磁场转速,也就是说两者不同步,就是异步电机,。,异步电机结构简单,应用广泛,；,同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生),定子旋转磁场拖着转子磁场(转子)转动,因此转子的转速一定等于同步速,。,8,(一)异步(交流)测速发电机-模拟测量方式,异步测速发电机的结构和空心杯形转子伺服电动机相似，其原理电路图如图所示。,空心杯转子异步测速发电机,结构原理如图所示,：,1.,有两个定子，外定子和内定子，外定子铁芯槽内安放有励磁绕组和输出绕组，彼此在空间相差90电角度,；,而内定子一般不放绕组，仅作磁路的一部分；,2.,空心杯转子位于内外绕组之间，通常用非磁性材,料,（如铜、铝或铝合金）。,9,当转子不转时,，励磁后由杯形转子中的,感应,电流（包括涡流）产生的磁场与输出绕组轴线,垂直,，输出绕组不感应电动势；,当转子转动时,，由杯形转子,感应电流,产生的磁场与输出绕组轴线,重合,，在,输出绕组中感应的电动势大小正比于杯形转子的转速，而频率和励磁电压频率相同,。,反转时输出电压相位也相反,。,（p33）,励磁绕组,输出绕组,转子,内定子,测量仪器,10,(二),直流测速发电机-模拟测量方式,直流测速发电机是一种用来测量转速的小型他励直流发电机，其工作原理见图2-44。,空载时：,负载时：,只要,Ce,（与磁通有关）与,Ra,、,RL,保持不变，则,输出电压,U,与转速,n,成正比,。改变转子的转向，则电势极性改变，输出电压的极性也改变。因此，直流测速发电机便将转速信号变换成电压信号，达到测速的目的。,11,异步测速发电机的主要优点是,：,不需要电刷和换向器，因而结构简单，维护容易，惯量小，无滑动接触，输出特性稳定，精度高，摩擦转矩小，不产生无线电干扰,（无摩擦火花）,，工作可靠，正、反向旋转时输出特性对称。,其主要缺点是：,存在剩余电压和相位误差，且负载的大小和性质会影响输出电压的幅值和相位。,直流测速发电机的主要优点是,：,没有相位波动，没有剩余电压，输出特性的斜率比异步测速发电机的大（即测量值变化明显）。,其主要缺点是：,由于有电刷和换向器，因而结构复杂，维护不便，摩擦转矩大，有换向火花，产生无线电干扰信号，输出特性不稳定，且正、反向旋转时，输出特性不对称。,直流测速发电机与异步测速发电机的性能比较,：,12,(三)光电测速盘（光电编码器）-数字测量方式,1.光电测速原理,2.电动机旋转方向辨别,3.数字测速方法,13,光源,光敏元件,脉冲频率：,f,c,=Nn/60,N-,圆盘的小孔数，受限于圆盘的大小。,n-,电动机转速,可见：输出频率,f,c,与转速,n,呈正比。,这种测量精度比测速机的精度高出几个数量级。,增量式光电测速原理,14,电动机旋转方向辨别：,设置一对光电传感器，并使彼此测得信号相差,90,相位角，根据测得脉冲的超前、滞后情况加以判断。,15,绝对式脉冲编码器,绝对式脉冲编码器不需要基数，它在任意位置都给出与其对应的一个固定数字码输出。,常用的绝对式脉冲编码器有,接触式码盘、光学码盘和磁性码盘,。,例如：,接触式码盘,，,敏感元件电刷与码盘上导电区直接接触，以检测出码盘的位置。,码盘基体是绝缘体，码道是一组同心圆导体，码道的数目根据分辨率来决定,；,同心圆的径向距离是码道的宽度。若码道数为n，则每周测量的分辨率为360/2,n,。以这个角度为间隔，在一周内划出2,n,个扇区，如下图所示。,其中阴影部分为导电区，逻辑电平为“1”，白色部分为绝缘区，逻辑电平为“0”。每个码道上装有一个电刷，,每个电刷和一根单独电线相连，作为某一位逻辑电平“1”或“0”的输出,。这样一组扇形区对应于一个二进制数。,一般外轨道为低位，内轨道为高位,，这样就可用二进制数来表示码盘转过的角度。,16,绝对脉冲发生器码盘,17,格雷码盘,18,十位绝对式编码器,19,旋转编码器,400,线（,400,脉冲,/,周）,型号：,增量型旋转编码器，,A,、,B,两相。通过旋转的光栅盘和光耦产生可识别方向的计数脉冲信号。,性能：,400P/R-400,脉冲每转。,DC12-24V,供电，最小,5V,供电。最大机械转速,10000,转,/,分，响应频率：,0-20KHz,；,用途：,用于测量物体的旋转速度、角度、加速度及长度测量。,使用范围：,适用于各种位移变化智能控制、钢筋定长裁剪控制器、民用的测身高人体秤、大学生比赛用机器人等。,特点：,具有体积小、重量轻，安装方便，性价比极高的显著优点。,接线输出：,A,相，,B,相，,Vcc,正电源，,V0,地，屏蔽线。接线颜色产品铭牌上有明确标注。,20,数字测速方法,在闭环伺服控制系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有,M法测速,T法测速,和,M/T法测速,三种：,M,法测速是指,：在规定时间间隔,Tg,内，测量所产生的脉冲数来获得被测速度值；,T,法测速是指,：测量相邻两个脉冲的时间间隔,T,tach,来确定被测速度值；,M/T,法测速是指,：同时测量检测时间和在此检测时间内脉冲发生器发送的脉冲数来确定被测速度值。,21,二、角度（角位移）检测,在伺服系统中测角度（角位移）的方法很多，常用的有电位计、差动变压器、微动同步器、自整角机、旋转变压器等，这里介绍部分测量元件。,-测小角位移,(,一,),差动变压器和微同步器,1.,差动变压器,直线位移式,转角式,励磁,输出,22,差动变压器,23,2.,微动同步器,微动同步器由四极定子和两极转子组成。在,定子每个极上,绕有两个线圈,（初级在里侧，次级在外侧）,。用各极中的一个线圈串联成初级激磁回路，各极中的另一线圈则串联成次级感应回路。,信号型的微动同步器实际上是一种高精确度的,变磁阻型旋转变压器,。对于一定的励磁电压和频率来说，在一定的转子转角范围(一般为10度或12度)内，它的,输出电压正比于转子转角,。,24,激磁回路的连接原则是,：当将等幅交流电压加于其上时，在激磁电流的某半周期内，各极上的磁通方向如图中箭头所示；,次级感应回路的连接原则是：,使总的输出电压是、,极和I、极上感应电压之差。,当转子如图处于对称于定子的位置时，定子和转子之间的四个气隙几何形状完全相同，各极的磁通相等，从而使得、,极上的感应电压与I、IV极上的感应电压相等，总的输出电压为零，转子被看成处于零位。若转子偏离零位一个角度，则四个气隙不再相同，造成了各极磁通量的变化，其中一对磁极的磁通减小，另一对滋极的磁通增大，这样，次级就有一个正比于转子角位移的电压输出。,当转动方向改变时，输出电压有180,的相位跃变,，,微动同步器的输出电压的频率等同励磁电源频率,（通常采用的励磁电压为6050Hz，5,50V）。微动同步器的灵敏度大约为每度0.25V，非线性度0.11.0。,25,(二)旋转变压器,简称旋变，是一种,输出电压随转子转角变化的信号元件,。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组（转子绕组）的,电压幅值（或相位）,与,转子转角,成,正余弦函数关系,，或保持某一,比例关系,，或在一定转角范围内,成线性关系,。,旋转变压器常用于数控机床中,角位移,的检测。它具有结构简单、工作可靠、信号输出幅值大、抗干扰能力强等优点；,但其,测量精度低,。,一般用于精度要求不高的数控机床或大型数控机床的粗测及中测系统,。,26,1、旋转变压器的结构,旋转变压器(又称,同步分解器,)微特电机的一种，和两相绕线式异步电机结构相似。它由定子和转子两部分组成。（定子和转子均由高导磁的铁镍软磁合金或硅钢薄板冲压成的槽状芯片叠成）,在定子和转子的槽状铁芯内分别嵌有绕组，,定子,绕组为旋转变压器的,原边,，它通过固定在壳体上的接板直接引出；,转子,绕组为旋转变压器的,副边,，转子绕组分为有刷和无刷两种引出方式。,定子,转子,S,1,R,1,S,2,S,3,S,4,R,2,R,3,R,4,27,根据转子绕组的引出方式，可将旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。,有刷式旋转变压器,:它的转子绕组是通过滑环和电刷直接引出的，由于电刷与滑环是机械滑动接触，所以，旋转变压器的可靠性差，寿命短。,(a),有刷式旋转变压器,1,转子绕组；,2,定子绕组；,3,转子；,4,整流子；,5,电刷；,6,接线柱,注：换向器俗称整流子。,28,无刷式旋转变压器,:它可分为,旋转变压器本体,和,附加变压器,两部分。,附加,变压器的,原边、副边,铁芯及绕组均做成,环形,，分别固定于,转子轴和壳体,上,，径向留有一定的间隙。旋转变压器,本体的转子绕组（副边）,与,附加变压器原边线圈,连接在一起，因此，通过电磁耦合，附加变压器原边上的电信号经附加变压器副边间接地送了出去。,这种结构避免了电刷与滑环的接触不良，提高了旋转变压器的可靠性和使用寿命，但也增加了体积、重量和成本。,(b),无刷式旋转变压器,1,壳体；,2,本体定子；,7,本体转子；,3,附加变压器定子；,4,附加变压器一次绕组（原边）；,5,附加变压器转子线轴；,6,附加变压器二次绕组（副边）；,8,转子轴,29,常见的旋转变压器一般有,两极绕组,和,四级绕组,两种结构形式。除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精密绝对式检测系统。,30,2、旋转变压器的工作原理,由于旋转变压器在结构上保证了定子与转子之间空气间隙的磁通按正弦规律分布，,当定子绕组加上,400Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz或5000Hz交流励磁电压时，通过电磁耦合，,转子绕组会产生感应电动势,，,其输出电压的大小取决于定子与转子两个绕组的轴线在空间的相对位置。,31,V,1,=V,m,sint,E,2,=,n,V,m,sint,（,=90,）,E,2,=,n,V,m,sint,sin,E,2,=0（,=0,）,E,2,=nV,1,sin,=n,V,m,sint,sin,=0,E,2,=0,=90,E,2,=,n,V,m,sin,t,式中:E,2,转子绕组感应电势；V,1,定子绕组励磁电压，V,1,=Vm sint；,Vm,电压信号幅值；,定子绕组轴线的垂线,与,转子绕组轴线间夹角；,n变压比（即两个绕组匝数比）,V,1,=V,m,sint,V,1,=V,m,sint,1,定子,转子,32,实际使用中常采用正弦余弦旋转变压器，其定子和转子绕组中各有一对互相垂直的绕组，如图所示。当两个,定子绕组,分别加上两个相位相差90度的励磁电压，即：,V1=Vm sint,；,V2=Vm cost,应用叠加原理，,可求出转子绕组中一个绕组的感应,磁通,为,：,(,使用时,另一个绕组接,高阻抗，不作为旋转变压器的输出，主要起平衡磁场的作用，目的在于提高测量精度,),V2,产生的磁通,V1,产生的磁通,作用于转子部分的磁通分量,1,1,2,2,3,3,输出电动势,：,33,若将转子与数控机床的,进给丝杠,同轴安装，定子安装在机床的相对固定部分，则,角为丝杠转过的角度，即间接地反映了机床工作台的移动距离,。从上式可知，旋转变压器转子绕组感应电动势的,相位,严格地按,转子偏转角,1,的正弦规律变化，其频率和励磁电压的频率相同。,因此，可采用测量旋转变压器转子绕组感应电动势的,相位,的方法，来测量转子转角的变化。,34,3、旋转变压器的信号处理,根据工作要求和精度的不同，旋转变压器的信号处理有,鉴相型,和,鉴幅型,两种方式。,1,）鉴相型工作方式,(,同前面,),在鉴相型工作方式下，旋转变压器的,两相正交定子绕组,分别加上,幅值相等、频率相同而相位相差,90,度,的正弦励磁电压，即：,V,1,=V,m,sint,V,2,=V,m,cost,式中：,V,m,励磁电压的幅值；,励磁角频率。,这两相励磁电压在转子绕组中产生的感应电动势为：,35,由上式可知，,转子绕组感应电动势的,相位,严格地按转子转角,1,的正弦(或余弦)规律变化，其频率和励磁电压频率相同（幅值不变）。因此，,可利用,鉴相器,线路检测旋转变压器转子绕组中感应电动势的,相位,来测量出转子相对于定子的转角,1,，即被测位移的大小。,但是，因为,u,3,是关于,1,的周期函数，故转子每转一周，,u,3,将周期性的变化一次，因此，实际应用中，不但要测,u,3,的大小（为了测相位），还要测其周期性变化的次数；或者将被测角位移限制在180,以内。,36,2）鉴幅型工作方式,在鉴幅型工作方式下，旋转变压器的两相正交定子绕组分别加上,相位相等,、,频率相同,而,幅值不同,的励磁电压，即：,V,1,=-V,1,m,sint V,2,=V,2,m,sint,V,1m,=V,m,cos V,2,m,=V,m,sin,式中：,V,1m,V,2m,为励磁电压的幅值。,旋转变压器的电相角。,这两相励磁电压在,转子绕组中产生的感应电动势,为：,可见，旋转变压器转子绕组感应电动势的,幅值,严格地按转子转角,的变化而变化。若,=,，则,E,2,0,。实际应用中，可根据转子绕组感应电动势的大小,(,即励磁幅值,),，不断修改定子绕组励磁信号的 ，,使其跟踪,的变化,，以测量角位移,。,37,三、位置检测,在伺服系统中运动部件的位置检测分,角位移和直线位移,检测。,前面介绍的角位移传感器一般用于,小角位移（速度）,检测。而大角位移检测或直线位移检测，常用,感应同步器、光栅、磁尺,等。,38,(一)感应同步器,1.基本原理：,感应同步器是一种检测,机械角位移,或,直线位移,的,精密,传感器。分,旋转式,（圆盘式）,和,直线式,（较多使用）,两种，在伺服系统中，分别用于测量,角度,和,长度,。,直线式由,定尺和滑尺,组成；圆盘式由,转子,和,定子,组成。,前者用于,直线位移,的测量，后者用于,角位移,的测量。,工作时，当,滑尺（定尺）绕组,加上一定频率的励磁电压后，根据电磁感应原理，在,定尺（滑尺）绕组,上将感应出,相同频率,的感应电动势。,感应同步器对环境要求低，抗干扰能力强，维护简单，寿命长，价格低，同时具有一定的精度，所以应用广泛。,广泛用于数控机床、雷达天线定位跟踪等。,但相对于旋转变压器安装稍麻烦。,39,定子 转子,分段绕组分为两组，布置成空间相差,90,相角，即,1/4,节距（一节距相当于旋转变压器一转，,360,电角度），又称为正、余弦绕组,1),圆盘式（旋转）感应同步器,2),直线式感应同步器,2.感应同步器的结构,40,直线式感应同步器相当于一个展开式的旋转变压器，定尺和滑尺的基板由与机床热膨胀系数相似的钢板或铸铁做成、钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并做成印制绕组。定尺上是,连续绕组,，滑尺上是,分段绕组(又称正、余弦绕组),。,(a),定尺绕组,(b)W,形滑尺绕组,(c)U,形滑尺绕组,印制电路绕组：用绝缘粘贴剂把铜箔粘牢在金属（或玻璃）基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组称为印制电路绕组。,节距,41,3.测量原理,上图所示为感应电动势与绕组位置的关系,（在滑尺S、C上加励磁信号）,A,点,:,当滑尺上的正弦绕组,S,和定尺绕组重合时，耦合磁通最大，感应电动势也最大；,B,点,:,滑尺继续移动，感应电动势逐渐减小，当移动到,1/4,节距位置处（磁通垂直关系），感应电动势为零；,C,点：继续移动到半个节距点时，感应电动势为负的最大值；,D,点：在,3/4,节距处又变为零；,E,点：移动到一个节距处，感应电动势又为正的最大值。,从上可知，,感应电动势随着滑尺相对于定尺的移动而周期性地变化,。加大励磁电压将获得较大的感应电动势，但过大的励磁电压将引起过大的励磁电流，致使温升过高而无法正常工作，所以，,一般励磁电压为,1,2V,。,42,4、感应同步器的信号处理,同样有鉴相型和鉴幅型两种工作方式,1）鉴相型工作方式,根据,定尺绕组感应电动势的,相位,变化,来鉴别滑尺相对于定尺的,位移量,。,当滑尺上两个互相错开1/4节距的绕组分别加上,幅值、频率相同，而相位相差90,的励磁电压U,s,=,U,m,cost,和U,c,=,U,m,sint,时，它们在定尺绕组上所产生的感应电动势分别为：,这时定尺绕组总的感应电动势为：,43,n,q,电磁耦合系数,的幅值,反映的是定尺和滑尺的相对移动的距离,x,。,S,U,m,U,当滑尺移动的距离为,x,时，检测周期是,2,，则对应于感应电势以余弦函数将变化,角：,即：定尺绕组感应电动势的相位,(,t+,),反映了感应同步器定滑两尺的相对位移,x,。因此，,可,通过测量定尺绕组感应电动势的相位变化来测量感应同步器两尺的相对位移量,。,44,鉴幅型工作方式是根据定尺绕组感应电动势的,幅值,变化来鉴别滑尺相对于定尺的位移量。当滑尺上两个互相错开1/4节距的绕组分别加上,相位、频率相同，而幅值不同,的励磁电压,Us-,U,sm,sint,，,Uc,U,cm,sint,时，式中励磁电压的幅值,UsmUmcos ，UcmUmsin,，,为给定的电相角,。它们在定尺绕组上所产生的感应电动势分别为：,2）鉴幅型工作方式,这时定尺绕组总的感应电动势为：,这里，定尺绕组感应电动势的幅值,nU,m,sin(-,),反映了感应同步器两尺的相对位移,x,。因此，,可通过测量定尺绕组感应电动势的幅值变化来测量感应同步器两尺的相对位移量,。,45,5、感应同步器数字位置测量系统,图,2-52,鉴相型控制原理图,常把感应同步器,作为位置检测元件,。,46,47,图2-53 感应同步器闭环系统,48,定尺不够用时，可进行拼接，需根据电信号调整两根定尺接缝的大小，使其零位误差曲线在拼接时平滑过渡。,10根以内,的定尺接长时，可将定尺绕组串联；,10根以上,的定尺接长时，为使线圈电阻和电感不致太大，可将定尺分成数量相同的几组，每组定尺绕组串联后，再并联起来，如图，可以不降低信噪比。,(a),串联方式,(b),串、并联方式,6.,感应同步器的拼接,49,（二）光栅,光栅是一种运用光的,透射和衍射,来测量,直线位移或角位移,的光学传感器。它具有,检测范围大、测量精度高、响应速度快,等优点。,1.,光栅的分类,光栅按其功能可分为,长光栅,和,圆光栅,：,长光栅：呈尺状，用于测量直线位移；,圆光栅：呈盘状，用于测量角位移。,光栅按对入射光波的调制方式又可分为振幅光栅和相位光栅,：,振幅光栅：,称为黑白光栅（透射光栅），其栅线与缝隙是黑白相间的，,缝隙是透光的细直线，这种光栅只对入射光波的振幅或光强进行调制；,相位光栅,：,即反射光栅，,刻线呈锯齿形或三角形，它通过控制刻划面与光栅平面的夹角来改变各级光谱的相对光强的分布，即对相位进行调制。,50,计量光栅分类图,51,2.光栅的结构,透射光栅（最长可达,2m,）,反射光栅，常用于大位移,光栅由,光源,、,透镜,、,光栅,（标尺光栅（长光栅,、移动光栅,）、指示光栅（短光栅,、固定光栅,）和,光敏元件,构成。如下图所示为透射光栅和反射光栅的结构图。,52,光源,一般采用,钨丝电灯,或,砷化镓发光二极管,。钨丝电灯的功率小，它与光电元件组合时，转换效率低，使用寿命短。砷化镓发光二极管，其波长接近于硅光敏三极管的峰值波长，因此转换效率高、响应速度快。,实际使用时，标尺光栅与指示光栅两者要平行安装并留有一定的间隙（约0.05mm或0.1mm），指示光栅,G1,在其自身平面内相对标尺光栅,G2,倾斜一个很小的角度。,光栅,：,由,标尺光栅,G2(,又叫主光栅,)(,长,),和,指示光栅,G1(,短,),组成。标尺光栅和指示光栅均为透明的光学玻璃条，并在上面刻有很多与运动方向,垂直,的线条。刻线的密度为,50,、,100,、,200,、,500,、,1000,条线,/,毫米。,相邻两条刻线之间的距离叫栅距,，用,表示,。,光电接收元件,是将光信号转变成电信号的元件。一般采用,硅光电池,或,光敏三极管,等。,53,3.光栅的工作原理,如图所示，将两块具有相同,栅距,（,，图中：,W,）的光栅的刻线面叠合在一起，中间保持0.050.1mm间隙，并使两光栅刻线之间保持一很小夹角（,）。于是在a-a线上，两块透射光栅的透光区相互重叠，形成一条纹；而在b-b线上，两块光栅的缝隙被遮住，形成一条暗条纹，由此产生的一系列明暗相间的条纹称为莫尔条纹。图中莫尔条纹近似地垂直于光栅刻线，故称为,横向莫尔条纹,。两亮条纹或暗条纹之间的宽度称为,条纹间距,W(图中：,B,),。,莫尔条纹的形成,图中：,54,莫尔条纹的特点,(1),移动规律：,莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅尺的位移量、位移方向具有对应关系。,当光栅尺左、右移动一个栅距,时，莫尔条纹准确地上、下移动一个条纹间距W。,(2),放大作用：,莫尔条纹的间距W对光栅的栅距,有放大作用。,当很小时，W=,/,，有放大倍数为W/,1/。例如，设,1/1000.01mm(100条线/毫米)，W=10mm，则放大倍数：=W/,10/0.01=1000。,(3),光栅尺移动一个栅距,，莫尔条纹的变化经历一个周期，即移动了一个节距W。光栅透光的强弱及光敏元件输出的电压按正弦规律变化。,将输出电压,U,整形放大，则变为脉冲输出，因此，可用脉冲的个数来表示光栅尺位移量的大小。,55,(4),平均效应：,莫尔条纹对光栅栅距的局部误差具有误差平均作用。,莫尔条纹是由一系列刻线的交点组成，假设在光栅的制造过程中产生了栅距误差，使得各交点的连线不是直线，但光敏元件接收到的是一个明区或暗区的综合结果，,个别交叉点的位置不同所引起的明、暗亮度变化在众多点的平均值中影响甚小。,56,4.光栅检测装置的辨向,利用一个光电元件所得到的光栅信号只能对位移量的大小进行计数，不能辨别运动方向。,为了辨别运动方向，,至少需要两个光电元件,，如图（b）所示。安装两个相距W/4,（W：条纹间距）,的缝隙S1和S2，并在S1和S2对应的位置上安放两个光电元件。当光栅移动时，由于莫尔条纹通过两个缝隙的时间不同，所以两个光电元件所获得的电信号波形相同，相位相差90：,当标尺光栅G,2,向右移动时,，,莫尔条纹向上移动,，隙缝S,2,的输出信号波形超前S,1,1/4周期；,若G,2,向,左移动时,，莫尔条纹,向下移动,，隙缝S,1,的输出信号波形超前S,2,1/4周期。,根据两隙缝输出信号的超前或滞后，就可以确定标尺光栅G,2,的移动方向。,57,5.直线光栅检测装置的线路,图,2-26,高分辨精度原理及相关量波形,58,提高光栅分辨精度的措施1：,提高刻线精度；,增加刻线密度（有局限性，刻线密度不能超过,200,条线,/mm,）。,提高光栅分辨精度的措施,2,：,采用倍频的方法获得高的分辨精度。,上图为,4,倍频电路：相邻硅光电池的距离为,W/4,光栅刻线密度：,50,条线,/mm;,4,个光电元件；,4,个缝隙；,-,每隔,1/4,节距产生一个脉冲，分辨率提高,4,倍。,将原来一个周期中的一个方波变为一个周期中产生四个尖脉冲，从而使输出信号频率提高了四倍。,59,怎样辨别正反运动方向：,为了辨别正、反运动方向，可通过八个与门YlY,8,将方波A、B、C、D与尖脉冲A、B、C、D进行逻辑组合。使正向运动的尖脉冲从或门H1输出，负向运动的尖脉冲从或门H2输出，即：,H1=AB十AD+CD+BC；,H2=BC+AB+AD+CD。,同时或门H1、H2输出尖脉冲的个数分别反映了正、负方向位移量的大小，如光栅栅距W=0.02mm，则一个尖脉冲表示的位移量为,:,0.02mm/4=,5um。,若希望进一步提高精度，还可采用八倍频、十倍频、二十倍频等线路。,60,由A、B、C、D的,变化频率,可以推断出两光栅尺的相对位移速度。,速度的测量：,61,