数字式位置传感器解析：从光栅到磁栅的应用

“传动分析-自动检测技术及应用（第2版）课件 （第十一章 数字式位置传感器）” 本课件主要介绍了数字式位置传感器在传动分析和自动检测技术中的应用，尤其是针对直线位移和角位移的精密测量。其中，详细探讨了不同类型的数字式位置传感器，包括角编码器、光栅传感器、磁栅传感器和容栅传感器的结构和工作原理，以及它们在机床位置控制中的具体应用。 在传动分析部分，一个具体的例子被用来解释如何计算丝杠的平均转速和螺母的移动距离。假设螺距t为4mm，丝杠在4s内转动10圈，我们可以计算丝杠的平均转速n。转速n可以通过以下公式计算：n = 圈数 / 时间（单位：r/min）。因此，n = 10圈 / 4s = 2.5r/s = 150r/min。接下来，计算螺母的移动距离x，由于每转一圈螺母会移动一个螺距的距离，所以x = 圈数 × 螺距 = 10圈 × 4mm = 40mm。同时，螺母的平均速度v等于移动距离除以时间，即v = x / 时间 = 40mm / 4s = 10mm/s。 在直线-旋转转换设备中，如齿轮-齿条副和螺母丝杠副，存在间隙误差问题。这种误差尤其在正转和反转切换时会导致测量死区，需要采取补偿措施。例如，当齿轮转动一定角度θ后，齿条会移动一定的距离x。如果齿轮的分度圆直径D为200mm，齿数z为100，当齿轮转过180度时，可以计算出齿数N、齿条的齿距t和齿条移动的距离x。N = (z ÷ 360º) × θ = 50，t = πD/z = 6.28mm，x = Nt = 50 × 6.28 = 314mm。通过这些计算，可以理解如何从旋转运动转换为直线运动，并处理由此产生的误差。 在位置测量方式上，区分了直接测量和间接测量。直接测量是指位置传感器直接测量被测对象，如直线光栅测量直线位移，角编码器测量角位移。间接测量则涉及旋转式位置传感器，它们测量的旋转运动是作为计算直线位移的中间步骤，通常通过丝杠-螺母副或齿轮-齿条副等传动机构实现。 本课件深入探讨了数字式位置传感器的各种类型和它们在实际应用中的功能，以及传动机构中的误差补偿方法，对于理解和应用这些技术在自动化和精密测量领域具有重要的指导价值。