1、第六章 位置检测装置 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 光电编码器光电编码器 第三节第三节 光光 栅栅 第四节第四节 感应同步器感应同步器 第一节 概述 一、一、位置检测装置的作用与要求位置检测装置的作用与要求 位置检测装置是数控机床的重要组成部分 。
在闭环、位置检测装置是数控机床的重要组成部分 。
在闭环、 半闭环控制系统中 ， 它的主要作用是检测位移和速度 ， 半闭环控制系统中 ， 它的主要作用是检测位移和速度 ，并发出反馈信号 ， 构成闭环或半闭环控制 。
并发出反馈信号 ， 构成闭环或半闭环控制 。
数控机床对位置检测装置的数控机床对位置检测装置的要求要求如下：如下： （1） 工作可靠 ， 抗干扰能力强；工作可靠 ， 抗 。

2、干扰能力强； （2） 满足精度和速度的要求；满足精度和速度的要求； （3）易于安装 ， 维护方便 ， 成本低 。
）易于安装 ， 维护方便 ， 成本低 。
第一节 概述 二、二、位置检测装置的分类位置检测装置的分类 位置检测装置按工作条件和测量要求不同 ， 有下面位置检测装置按工作条件和测量要求不同 ， 有下面 几种分类方法：几种分类方法： （一）（一） 绝对式测量和增量式测量绝对式测量和增量式测量 1. 增量式测量增量式测量 在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式 ， 增量式测量只在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式 ， 增量式测量只 测相对位移量 ， 如测量单位为测相对位移量 ， 如测量单位为0.001mm ， 则每移动则每移动0.00 。

3、1mm就发就发 出一个脉冲信号 ， 其优点是测量装置较简单 ， 任何一个对中点都出一个脉冲信号 ， 其优点是测量装置较简单 ， 任何一个对中点都 可以作为测量的起点 ， 而移距是由测量信号计数累加所得 ， 但一可以作为测量的起点 ， 而移距是由测量信号计数累加所得 ， 但一 旦计数有误 ， 以后测量所得结果完全错误 。
旦计数有误 ， 以后测量所得结果完全错误 。
第一节 概述 2. 绝对式测量绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点 标起 ， 每一个被测点都有一个相应的测量值 。
测量装置的结构较标起 ， 每一个被测点都有一个相应的测量值 。
测量装置的结构较 增量式复杂 ， 如编 。

4、码盘中 ， 对应于码盘的每一个角度位置便有一增量式复杂 ， 如编码盘中 ， 对应于码盘的每一个角度位置便有一 组二进制位数 。
显然 ， 分辨精度要求愈高 ， 量程愈大 ， 则所要求组二进制位数 。
显然 ， 分辨精度要求愈高 ， 量程愈大 ， 则所要求 的二进制位数也愈多 ， 结构就愈复杂 。
的二进制位数也愈多 ， 结构就愈复杂 。
（二）数字式测量和模拟式测量（二）数字式测量和模拟式测量 1. 数字式测量数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示 ， 测量信号一般为脉冲 ， 可它是将被测的量以数字形式来表示 ， 测量信号一般为脉冲 ， 可 以直接把它送到数控装置进行比较、处理 。
信号抗干扰能力强、以直接把它送到数控装置进行比较、处理 。
信号抗干扰能力强、 处理简单 。

5、 。
处理简单 。
第一节 概述 2. 模拟量测量模拟量测量 它是将被测的量用连续变量来表示 ， 如电压变化、相位变化它是将被测的量用连续变量来表示 ， 如电压变化、相位变化 等 。
它对信号处理的方法相对来说比较复杂 。
等 。
它对信号处理的方法相对来说比较复杂 。
（三）直接测量和间接测量（三）直接测量和间接测量 1. 直接测量直接测量 直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上 ， 用来直接直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上 ， 用来直接 测量工作台的直线位移 ， 作为全闭环伺服系统的位置反馈信号 ， 测量工作台的直线位移 ， 作为全闭环伺服系统的位置反馈信号 ，而构成位置闭环控制 。
其优点是准确性高、可靠性好 ， 缺点是测而构成 。

6、位置闭环控制 。
其优点是准确性高、可靠性好 ， 缺点是测 量装置要和工作台行程等长 ， 所以在大型数控机床上受到一定限量装置要和工作台行程等长 ， 所以在大型数控机床上受到一定限 制 。
制 。
第一节 概述 2. 间接测量间接测量 它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上 ， 通它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上 ， 通 过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移 ， 作为过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移 ， 作为 半闭环伺服系统的位置反馈用 。
半闭环伺服系统的位置反馈用 。
优点是测量方便、无长度限制 。
缺点是测量信号中增加了由优点是测量方便、无长度限制 。
缺点是测量信号中增加了由 回 。

7、转运动转变为直线运动的传动链误差 ， 从而影响了测量精度 。
回转运动转变为直线运动的传动链误差 ， 从而影响了测量精度 。
表表6-1 6-1 常用位置检测装置常用位置检测装置 数字式数字式模拟式模拟式 旋转式旋转式圆光栅、圆光栅、光电编码器光电编码器旋转旋转(多极多极)变压器、圆型感应同步器变压器、圆型感应同步器 直线式直线式直线光栅直线光栅、编码尺、编码尺直线型感应同步器直线型感应同步器、磁栅、绝对式磁尺、磁栅、绝对式磁尺 第二节 光电编码器 光电编码器也称脉冲编码器光电编码器也称脉冲编码器 ， 是一种旋转式脉冲发 ， 是一种旋转式脉冲发 生器 ， 能把机械转角变成电脉冲 ， 是数控机床上使用很生器 ， 能把机械转角变成 。

8、电脉冲 ， 是数控机床上使用很 广泛的位置检测装置 。
脉冲编码器可分为增量式与绝对广泛的位置检测装置 。
脉冲编码器可分为增量式与绝对 式两类 。
式两类 。
一、增量式脉冲编码器一、增量式脉冲编码器 增量式脉冲编码器分光电式、接触式和电磁感应式增量式脉冲编码器分光电式、接触式和电磁感应式 三种 。
就精度和可靠性来讲 ， 光电式脉冲编码器优于其三种 。
就精度和可靠性来讲 ， 光电式脉冲编码器优于其 它两种 ， 它的型号是用脉冲数它两种 ， 它的型号是用脉冲数/转（转（p/r）来区分 ， 数控来区分 ， 数控 机床常用机床常用2000、2500、3000p/r等 ， 现在已有每转发等 ， 现在已有每转发10 万个脉冲的脉冲编码器 。
万个脉冲的脉冲编 。

9、码器 。
脉冲编码器除用于角度检测外 ， 脉冲编码器除用于角度检测外 ，还可以用于速度检测还可以用于速度检测 。
第二节 光电编码器 光电式脉冲编码器通常与电机做在一起 ， 或者安装光电式脉冲编码器通常与电机做在一起 ， 或者安装 在电机非轴伸端 ， 电动机可直接与滚珠丝杠相连 ， 或通在电机非轴伸端 ， 电动机可直接与滚珠丝杠相连 ， 或通 过减速比为过减速比为i的减速齿轮 ， 然后与滚珠丝杠相连 ， 那么每的减速齿轮 ， 然后与滚珠丝杠相连 ， 那么每 一个脉冲对应机床工作台移动的距离可用下式计算一个脉冲对应机床工作台移动的距离可用下式计算： 式中式中 脉冲当量（脉冲当量（mm/脉冲）；脉冲）； S滚珠丝杠的导程（滚珠丝杠的导程（mm）； 。

10、）； i减速齿轮的减速比；减速齿轮的减速比； M脉冲编码器每转的脉冲数（脉冲编码器每转的脉冲数（p/r） 。
） 。
iM S 第二节 光电编码器 光电式脉冲编码器 ， 它由光源、聚光镜、光电盘、光电式脉冲编码器 ， 它由光源、聚光镜、光电盘、 圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（图图6-1） 。
光电盘是用） 。
光电盘是用 玻璃材料研磨抛光制成 ， 玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬 ， 玻璃材料研磨抛光制成 ， 玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬 ，然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝 。
透光窄缝在圆周上然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝 。
透光窄缝在圆周上 等分 ， 其数量从几百条到几 。

11、千条不等 。
圆盘也用玻璃材料研磨抛等分 ， 其数量从几百条到几千条不等 。
圆盘也用玻璃材料研磨抛 光制成 ， 其透光窄缝为两条 ， 每一条后面安装有一只光电元件 。
光制成 ， 其透光窄缝为两条 ， 每一条后面安装有一只光电元件 。
光电盘与工作轴连在一起光电盘与工作轴连在一起， 光电盘转动时 ， 每转过一个缝隙就发 ， 光电盘转动时 ， 每转过一个缝隙就发 生一次光线的明暗变化 ， 光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽生一次光线的明暗变化 ， 光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽 明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号 ， 经过整形、放大、明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号 ， 经过整形、放大、 和微分处理后 ， 输出脉冲信号 。
通过记录脉冲的数目 ， 就可 。

12、以测和微分处理后 ， 输出脉冲信号 。
通过记录脉冲的数目 ， 就可以测 出转角 。
测出脉冲的变化率 ， 即单位时间脉冲的数目 ， 就可以求出转角 。
测出脉冲的变化率 ， 即单位时间脉冲的数目 ， 就可以求 出速度 。
出速度 。
第二节 光电编码器 数数字字显显示示 信信号号处处理理电电路路 光光电电盘盘 圆圆盘盘 光光电电元元件件 聚聚光光镜镜 光光源源 图图6-1 光电式脉冲编码器结构示意图光电式脉冲编码器结构示意图 第二节 光电编码器 为了判断旋转方向 ， 圆盘的两个窄缝距离彼此错开为了判断旋转方向 ， 圆盘的两个窄缝距离彼此错开 1/4节距 ， 使两个光电元件输出信号相位差节距 ， 使两个光电元件输出信号相位差900 。
如图 。
如图6-2。

13、所示 ， 所示 ， A、B信号为具有信号为具有900相位差的正弦波 ， 经放大和相位差的正弦波 ， 经放大和 整形变为方波整形变为方波A1、B1 。
设设A相比相比B相超前时为正方向旋转 ， 则相超前时为正方向旋转 ， 则B相超前相超前A相相 就是负方向旋转 ， 利用就是负方向旋转 ， 利用A相与相与B相的相位关系可以判别相的相位关系可以判别 旋转方向 。
此外 ， 在光电盘的里圈不透光圆环上还刻有旋转方向 。
此外 ， 在光电盘的里圈不透光圆环上还刻有 一条透光条纹 ， 用以产生每转一个的零位脉冲信号 ， 它一条透光条纹 ， 用以产生每转一个的零位脉冲信号 ， 它 使轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲 。
使轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲 。
第二节 光电编 。

14、码器 电流电流 A B 节距节距 t A1 B1 900 图图6-2 脉冲编码器输出波形脉冲编码器输出波形 第二节 光电编码器 1 A 1 A 1 A 在数控机床上 ， 光电脉冲编码器作为位置检测装置 ， 用在在数控机床上 ， 光电脉冲编码器作为位置检测装置 ， 用在 数字比较伺服系统中 ， 将位置检测信号反馈给数字比较伺服系统中 ， 将位置检测信号反馈给CNC装置 。
装置 。
图图6-3所示为辨向环节框图和波形图 。
脉冲编码器输出的所示为辨向环节框图和波形图 。
脉冲编码器输出的 交变信号交变信号 经过差分驱动和差分接收进入经过差分驱动和差分接收进入CNC装置 ， 装置 ，再经过整形放大电路变成二个方波系列再经过整形放大电路变成 。

15、二个方波系列。
将 。
将 和它的反向和它的反向 信号信号 微分（上升沿微分）后得到微分（上升沿微分）后得到 和和 脉冲系列 ， 作为加、脉冲系列 ， 作为加、 减计数脉冲 。
减计数脉冲 。
路方波信号被用作加、减计数脉冲的控制信号 ， 路方波信号被用作加、减计数脉冲的控制信号 ，正走时（正走时（A超前超前B） ， ） ， 由由Y2门输出加计数脉冲 ， 此时门输出加计数脉冲 ， 此时Y1门输出为门输出为 低电平（图低电平（图6-3 ）；反走时（）；反走时（B超前超前A） ， ） ， 由由Y1门输出减计数脉门输出减计数脉 冲 ， 此时冲 ， 此时Y2门输出为低电平 。
这种读数方式每次反映的都是相门输出为低电平 。
这种读数方式每次反映的都是相 对于上一 。

16、次读数的增量 ， 而不能反映转轴在空间的绝对位置 ， 对于上一次读数的增量 ， 而不能反映转轴在空间的绝对位置 ，所以是增量读数法 。
所以是增量读数法 。
BBAA、 11 BA、 1 A 1 B 第二节 光电编码器 光电脉冲编码器用于数字脉冲比较伺服系统光电脉冲编码器用于数字脉冲比较伺服系统(图图6-4) 的工作原理如下：光电脉冲编码器与伺服电机的转轴连接 ， 随着的工作原理如下：光电脉冲编码器与伺服电机的转轴连接 ， 随着 电机的转动产生脉冲序列 ， 其脉冲的频率将随着转速的快慢而升电机的转动产生脉冲序列 ， 其脉冲的频率将随着转速的快慢而升 降 。
若工作台静止 ， 指令脉冲和反馈脉冲都为零 ， 两路脉冲送入降 。
若工作台静止 ， 指令 。

17、脉冲和反馈脉冲都为零 ， 两路脉冲送入 数字脉冲比较器中进行比较 ， 结果输出也为零 。
因伺服电机的速数字脉冲比较器中进行比较 ， 结果输出也为零 。
因伺服电机的速 度给定为零 ， 工作台依然不动 。
随着指令脉冲的输出 ， 指令脉冲度给定为零 ， 工作台依然不动 。
随着指令脉冲的输出 ， 指令脉冲 不为零 ， 在工作台尚未移动之前 ， 反馈脉冲仍为零 ， 比较器输出不为零 ， 在工作台尚未移动之前 ， 反馈脉冲仍为零 ， 比较器输出 指令信号与反馈信号的差值 ， 经放大后 ， 驱动电机带动工作台移指令信号与反馈信号的差值 ， 经放大后 ， 驱动电机带动工作台移 动 。
电机运转后 ， 光电脉冲编码器将输出反馈脉冲送入比较器 ， 动 。
电机运转后 ， 光电脉冲编码器将输出反馈脉冲送入比较 。

18、器 ，与指令脉冲进行比较 ， 如果偏差不为零 ， 工作台继续移动 ， 不断与指令脉冲进行比较 ， 如果偏差不为零 ， 工作台继续移动 ， 不断 反馈 ， 直到偏差为零 ， 即反馈脉冲数等于指令脉冲数时 ， 工作台反馈 ， 直到偏差为零 ， 即反馈脉冲数等于指令脉冲数时 ， 工作台 停在指令规定的位置上 。
停在指令规定的位置上 。
第二节 光电编码器 差 分 整形 放大 Y1 微 分 差 分 整形 放大 Y21 微 分 减计数 加计数 A A B B 1 B 1 A 1 A 1 A 1 A a b c d e 图图6-3 辨向环节框图和波形图辨向环节框图和波形图 第二节 光电编码器 图图6-3 辨向环节框图和波形图辨向环节框图和波形图 1 A 1 。

19、 B 1 A 1 A 1 A 1 Y 1 B 1 A 2 Y 1 B 1 A 第二节 光电编码器 放 大 环 节 指 令 信 号 比 较 器 伺 服 电 机 反 馈 信 号 工 作 台 图图6-4 数字比较伺服系统数字比较伺服系统 第二节 光电编码器 二、绝对式编码器二、绝对式编码器 绝对式编码器是一种旋转式检测装置 ， 可直接绝对式编码器是一种旋转式检测装置 ， 可直接 把被测转角用数字代码表示出来 ， 且每一个角度位把被测转角用数字代码表示出来 ， 且每一个角度位 置均有其对应的测量代码 ， 它能表示绝对位置 ， 没置均有其对应的测量代码 ， 它能表示绝对位置 ， 没 有累积误差 ， 电源切除后 ， 位置信息不丢失 ， 仍能有累积误 。

20、差 ， 电源切除后 ， 位置信息不丢失 ， 仍能 读出转动角度 。
绝对式编码器有光电式、接触式和读出转动角度 。
绝对式编码器有光电式、接触式和 电磁式三种 ， 以接触式四位绝对编码器为例来说明电磁式三种 ， 以接触式四位绝对编码器为例来说明 其工作原理 。
其工作原理 。
第二节 光电编码器 图图6-5 四位二进制编码盘四位二进制编码盘 a) b) 第二节 光电编码器 如图如图6-5a所示为二进制码盘 。
它在一个不导电基体上所示为二进制码盘 。
它在一个不导电基体上 作成许多金属区使其导电 ， 其中有剖面线部分为导电区 ， 用作成许多金属区使其导电 ， 其中有剖面线部分为导电区 ， 用“1”表表 示；其它部分为绝缘区 ， 用示；其它部分为绝缘区 ， 用 。

21、“0”表示 。
每一径向 ， 由若干同心圆组成表示 。
每一径向 ， 由若干同心圆组成 的图案代表了某一绝对计数值 ， 通常 ， 我们把组成编码的各圈称为的图案代表了某一绝对计数值 ， 通常 ， 我们把组成编码的各圈称为 码道 ， 码盘最里圈是公用的 ， 它和各码道所有导电部分连在一起 ， 码道 ， 码盘最里圈是公用的 ， 它和各码道所有导电部分连在一起 ，经电刷和电阻接电源负极 。
在接触式码盘的每个码道上都装有电刷 ， 经电刷和电阻接电源负极 。
在接触式码盘的每个码道上都装有电刷 ，电刷经电阻接到电源正极（图电刷经电阻接到电源正极（图6-5b） 。
） 。
当检测对象带动码盘一起转当检测对象带动码盘一起转 动时 ， 电刷和码盘的相对位置发生变化 ， 与电刷串联的电阻 。

22、将会出动时 ， 电刷和码盘的相对位置发生变化 ， 与电刷串联的电阻将会出 现有电流通过或没有电流通过两种情况 。
若回路中的电阻上有电流现有电流通过或没有电流通过两种情况 。
若回路中的电阻上有电流 通过 ， 为通过 ， 为“1”；反之 ， 电刷接触的是绝缘区 ， 电阻上无电流通过 ， 为；反之 ， 电刷接触的是绝缘区 ， 电阻上无电流通过 ， 为 “0” 。
如果码盘顺时针转动 ， 就可依次得到按规定编码的数字信号输 。
如果码盘顺时针转动 ， 就可依次得到按规定编码的数字信号输 出 ， 图示为出 ， 图示为4位二进制码盘 ， 根据电刷位置得到由位二进制码盘 ， 根据电刷位置得到由“1”和和“0”组成的二组成的二 进制码 ， 输出为进制码 ， 输出为0000、0001、0010 。

23、1111 。
第二节 光电编码器 由由图图6-5可以看出 ， 码道的圈数就是二进制的位数 ， 且高可以看出 ， 码道的圈数就是二进制的位数 ， 且高 位在内 ， 低位在外 。
其分辨角位在内 ， 低位在外 。
其分辨角360o/24=22.5o ， 若是若是n位二进位二进 制码盘 ， 就有制码盘 ， 就有n圈码道 ， 分辨角圈码道 ， 分辨角360o/2n ， 码盘位数越大 ， 所码盘位数越大 ， 所 能分辨的角度越小 ， 测量精度越高 。
若要提高分辨力 ， 就必须能分辨的角度越小 ， 测量精度越高 。
若要提高分辨力 ， 就必须 增多码道 ， 即二进制位数增多 。
目前接触式码盘一般可以做到增多码道 ， 即二进制位数增多 。
目前接触式码盘一般可以做到 9位二进制 ， 光电式码盘可以做到位二进制 ，。

24、光电式码盘可以做到18位二进制 。
位二进制 。
用二进制代码做的码盘 ， 如果电刷安装不准 ， 会使得个用二进制代码做的码盘 ， 如果电刷安装不准 ， 会使得个 别电刷错位 ， 而出现很大的数值误差 。
如图别电刷错位 ， 而出现很大的数值误差 。
如图6-5a ， 当电刷由位当电刷由位 置置0111向向1000过渡时 ， 可能会出现从过渡时 ， 可能会出现从8（1000）到）到15（1111）之）之 间的读数误差 ， 一般称这种误差为非单值性误差 。
为消除这种间的读数误差 ， 一般称这种误差为非单值性误差 。
为消除这种 误差 ， 可采用葛莱码误差 ， 可采用葛莱码(格雷码格雷码)盘 。
盘 。
第二节 光电编码器 1000 1111 23 22 21 20 图图6 。

25、-6 a葛莱码盘葛莱码盘 1000 1 3 2 6 7 4 12 13 14 15 10 11 9 0000 5 0 0001 0011 0010 0110 0111 0101 1001 1011 1010 1110 1111 1101 0100 1100 8 b 四位二进制码盘非单值性误差四位二进制码盘非单值性误差 第二节 光电编码器 图6-6为葛莱码盘 ， 其各码道的数码不同时改变 ， 任 何两个相邻数码间只有一位是变化的 ， 每次只切换一位 数 ， 把误差控制在最小范围内 。
二进制码转换成葛莱码 的法则是：将二进制码右移一位并舍去末位的数码 ， 再 与二进制数码作不进位加法 ， 结果即为葛莱码 。
例如:二进制码1 。

26、101对应的葛莱码为1011 ， 其演算过 程如下： 1101 （二进制码） 1101（不进位相加 ， 舍去末位） 1011 （葛莱码） 第二节 光电编码器 码盘分辨率与码道的圈数码盘分辨率与码道的圈数n n有关 ， 即：有关 ， 即： 显然 ， 码道的数目越多 ， 分辨率也越高（可分辨显然 ， 码道的数目越多 ， 分辨率也越高（可分辨 的角度越小） 。
的角度越小） 。
示例示例 （P113例例） 编码器在数控机床中的应用编码器在数控机床中的应用（自学自学P114） n o a 2 360 第三节 光栅 一、光栅的种类一、光栅的种类 光栅种类较多 。
按用途分为物理光栅和计量光栅 ， 物理光栅 通常用于光谱分析和光波波长测定；根据光线 。

27、在光栅中是透射还 是反射分为透射光栅和反射光栅 ， 透射光栅分辨率较反射光栅高 ，其检测精度可达1m以上；从形状上看 ， 又可分为圆光栅和直线 光栅 ， 圆光栅用于测量转角位移 ， 直线光栅用于检测直线位移 。
两者工作原理基本相似 。
本节着重介绍一种应用比较广泛的透射 式直线光栅 。
直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用 ， 其中长的称 为标尺光栅或长光栅 ， 一般固定在机床移动部件上 ， 要求与行程 等长 。
短的为指示光栅或短光栅 ， 装在机床固定部件上 。
两光栅 尺是刻有均匀密集线纹的透明玻璃片 ， 线纹密度为25、50、100、 250条/mm等 。
线纹之间距离相等 ， 该间距称为栅距 ， 测量时它们 相互平行放置 ， 并保持0.050.1m 。

28、m的间隙 。
第三节 光栅 二、工作原理二、工作原理 当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置 时 ， 两光栅尺上线纹互相交叉 。
在光源的照射下 ， 交叉点附近时 ， 两光栅尺上线纹互相交叉 。
在光源的照射下 ， 交叉点附近 的小区域内黑线重叠 ， 形成黑色条纹 ， 其它部分为明亮条纹 ， 的小区域内黑线重叠 ， 形成黑色条纹 ， 其它部分为明亮条纹 ，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹 。
莫尔条纹与光栅线纹几乎这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹 。
莫尔条纹与光栅线纹几乎 成垂直方向排列 。
严格地说 ， 是与两片光栅线纹夹角的平分线成垂直方向排列 。
严格地说 ， 是与两片光栅线纹夹角的平分线 相垂直 。

29、 。
相垂直 。
莫尔条纹莫尔条纹具有如下具有如下特点特点： 1. 放大作用放大作用 用用B（mm）表示莫尔表示莫尔(黑白黑白)条纹的间距条纹的间距 ， W(mm)表示栅距 ， 表示栅距 ，(rad)为光栅线纹之间的夹角 ， 如图为光栅线纹之间的夹角 ， 如图6 -7所示则有所示则有 莫尔条纹间距莫尔条纹间距B与与 角成反比 ， 角成反比 ，越小 ， 越小 ， B及放大倍数越大 。
及放大倍数越大 。
WW B sin 第三节 光栅 B W 标尺光栅 图图6-7 莫尔条纹莫尔条纹 W 指示光栅 第三节 光栅 图图6-7 莫尔条纹莫尔条纹 B 标尺光栅 第三节 光栅 第三节 光栅 2. 均化误差作用均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻 。

30、线共同组成 ， 例如 ， 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同组成 ， 例如 ，200条条/mm的光栅 ， 的光栅 ， 10mm宽的光栅就由宽的光栅就由2000条线纹组成 ， 条线纹组成 ，这样栅距之间的固有相邻误差就被平均化了 ， 消除了栅这样栅距之间的固有相邻误差就被平均化了 ， 消除了栅 距之间不均匀造成的误差 。
距之间不均匀造成的误差 。
3. 莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例 当光栅尺移动一个栅距当光栅尺移动一个栅距W时 ， 莫尔条纹也刚好移动时 ， 莫尔条纹也刚好移动 了一个条纹宽度了一个条纹宽度B 。
只要通过光电元件测出莫尔条纹的只要通过光电元件测出莫尔条纹的 数目 ， 就可知道光栅移动了多少个栅距 ， 工 。

31、作台移动的数目 ， 就可知道光栅移动了多少个栅距 ， 工作台移动的 距离可以计算出来 。
若光栅移动方向相反 ， 则莫尔条纹距离可以计算出来 。
若光栅移动方向相反 ， 则莫尔条纹 移动方向也相反（见移动方向也相反（见图图6-7） 。
） 。
三、光栅的辨向与信号处理三、光栅的辨向与信号处理( (应用应用) ) 若标尺光栅不动 ， 将指示光栅转一很小的角度 ， 两者移动若标尺光栅不动 ， 将指示光栅转一很小的角度 ， 两者移动 方向及光栅夹角关系如表方向及光栅夹角关系如表6-16-1所示 。
因莫尔条纹移动方向与光栅移所示 。
因莫尔条纹移动方向与光栅移 动方向垂直 ， 可用检测垂直方向宽大的莫尔条纹代替光栅水平方向动方向垂直 ， 可用检测垂直方向宽大的 。

32、莫尔条纹代替光栅水平方向 移动的微小距离 。
移动的微小距离 。
表表6-16-1莫尔条纹移动方向与光栅移动方向及光栅夹角的关系莫尔条纹移动方向与光栅移动方向及光栅夹角的关系 第三节 光栅 指指 示示 光光 栅栅 转转 角角 方方 向向 标标 尺尺 光光 栅栅 移移 动动 方方 向向 莫莫 尔尔 条条 纹纹 移移 动动 方方 向向 逆 时 针 方 向 右 下 左 上 顺 时 针 方 向 右 上 左 下 第三节 光栅 P1 P2 P3 P4 指 示 光 栅 标 尺 光 栅 硅 光 电 池 聚 光 镜 光 源 图图6-8 光栅测量系统光栅测量系统 1、光栅测量系统光栅测量系统如图如图6-8所示 ， 由光源、 。

33、聚光镜、所示 ， 由光源、聚光镜、 光栅尺、光电元件和驱动线路组成 。
光栅尺、光电元件和驱动线路组成 。
第三节 光栅 读数头光源采用普通的灯泡 ， 发出辐射光线 ， 读数头光源采用普通的灯泡 ， 发出辐射光线 ，经过聚光镜后变为平行光束 ， 照射光栅尺 。
光电元件经过聚光镜后变为平行光束 ， 照射光栅尺 。
光电元件 （常使用硅光电池）接受透过光栅尺光强信号 ， 并将其（常使用硅光电池）接受透过光栅尺光强信号 ， 并将其 转换成相应的电压信号 。
由于此信号比较微弱 ， 在长距转换成相应的电压信号 。
由于此信号比较微弱 ， 在长距 离传递时 ， 很容易被各种干扰信号淹没 ， 造成传递失真 ， 离传递时 ， 很容易被各种干扰信号淹没 ， 造成传递失真 ，驱动线路的作用 。

34、就是将电压信号进行电压和功率放大 。
驱动线路的作用就是将电压信号进行电压和功率放大 。
除标尺光栅固定在机床上外 ， 光源、聚光镜、指示除标尺光栅固定在机床上外 ， 光源、聚光镜、指示 光栅、光电元件和驱动线路均装在一个壳体内 ， 作成一光栅、光电元件和驱动线路均装在一个壳体内 ， 作成一 个单独部件与工作台一起移动 ， 这个部件称为光栅读数个单独部件与工作台一起移动 ， 这个部件称为光栅读数 头 ， 又叫光电转换器 ， 其作用把光栅莫尔条纹的光信号头 ， 又叫光电转换器 ， 其作用把光栅莫尔条纹的光信号 变成电信号 。
变成电信号 。
第三节 光栅 2、光栅位移数字转换系统光栅位移数字转换系统 当光栅移动一个栅距 ， 莫尔条纹便移动一个条纹当光 。

35、栅移动一个栅距 ， 莫尔条纹便移动一个条纹 宽度 ， 假定我们开辟一个小窗口来观察莫尔条纹的变化宽度 ， 假定我们开辟一个小窗口来观察莫尔条纹的变化 情况 ， 就会发现它在移动一个栅距期间明暗变化了一个情况 ， 就会发现它在移动一个栅距期间明暗变化了一个 周期 ， 理论上光栅亮度变化是一个三角波形 ， 但由于漏周期 ， 理论上光栅亮度变化是一个三角波形 ， 但由于漏 光和不能达到最大亮度 ， 被削顶削底后而近似一个正弦光和不能达到最大亮度 ， 被削顶削底后而近似一个正弦 波（见波（见图图6-9） 。
硅光电池将近似正弦波的光强信号变） 。
硅光电池将近似正弦波的光强信号变 为同频率的电压信号（见为同频率的电压信号（见图图6-10） ， 经光栅位移） 。

36、 ， 经光栅位移数字数字 变换电路放大、整形、微分输出脉冲 。
每产生一个脉冲 ， 变换电路放大、整形、微分输出脉冲 。
每产生一个脉冲 ，就代表移动了一个栅距那么大的位移 ， 通过对脉冲计数就代表移动了一个栅距那么大的位移 ， 通过对脉冲计数 便可得到工作台的移动距离 。
便可得到工作台的移动距离 。
第三节 光栅 亮度 电压 光栅位移 O 光栅位移O 图图6-9 光栅的实际亮度变化光栅的实际亮度变化 图图6-10 光栅的输出波形图光栅的输出波形图 第三节 光栅 采用一个光电元件即只开一个窗口观察 ， 只能计数 ， 却无法采用一个光电元件即只开一个窗口观察 ， 只能计数 ， 却无法 判断移动方向 。
因为无论莫尔条纹上移或下移 ， 从一固定位置 。

37、看判断移动方向 。
因为无论莫尔条纹上移或下移 ， 从一固定位置看 其明暗变化是相同的 。
为了确定运动方向 ， 至少要放置两个光电其明暗变化是相同的 。
为了确定运动方向 ， 至少要放置两个光电 元件 ， 两者相距元件 ， 两者相距1/4莫尔条纹宽度 。
当光栅移动时 ， 莫尔条纹通莫尔条纹宽度 。
当光栅移动时 ， 莫尔条纹通 过两个光电元件的时间不同 ， 所以两个光电元件所获得的电信号过两个光电元件的时间不同 ， 所以两个光电元件所获得的电信号 虽然波形相同 ， 但相位相差虽然波形相同 ， 但相位相差90o 。
根据两光电元件输出信号的超根据两光电元件输出信号的超 前和滞后 ， 可以确定标尺光栅移动方向 。
前和滞后 ， 可以确定标尺光栅移动方向 。
增加线纹密度 ， 能 。

38、提高光栅检测装置的精度 ， 但制造较困难 ， 增加线纹密度 ， 能提高光栅检测装置的精度 ， 但制造较困难 ，成本高 。
在实际应用中 ， 既要提高测量精度 ， 同时又能达到自动成本高 。
在实际应用中 ， 既要提高测量精度 ， 同时又能达到自动 辨向的目的 ， 通常采用倍频或细分的方法来提高光栅的分辨精度 ， 辨向的目的 ， 通常采用倍频或细分的方法来提高光栅的分辨精度 ，如果在莫尔条纹的宽度内 ， 放置四个光电元件 ， 每隔如果在莫尔条纹的宽度内 ， 放置四个光电元件 ， 每隔1/4光栅栅光栅栅 距产生一个脉冲 ， 一个脉冲代表移动了距产生一个脉冲 ， 一个脉冲代表移动了1/4栅距那么大位移 ， 分栅距那么大位移 ， 分 辨精度可提高四倍 ， 这就是四倍频方案 。
辨精度可提高四 。

39、倍 ， 这就是四倍频方案 。
第三节 光栅 图图6-11a中的中的P1、P2、P3、P4是四块硅光电池 ， 产生的是四块硅光电池 ， 产生的 信号相位彼此相差信号相位彼此相差90o 。
P1、P3信号是相位差信号是相位差180o的两个信号 ， 接的两个信号 ， 接 差动放大器放大 ， 得正弦信号 。
同理 ， 差动放大器放大 ， 得正弦信号 。
同理 ， P2、P4信号送另一个差动放信号送另一个差动放 大器 ， 得到余弦信号 。
正弦和余弦信号经整形变成方波大器 ， 得到余弦信号 。
正弦和余弦信号经整形变成方波A和和B ， 为为 使每隔使每隔1/4节距都有脉冲 ， 把节距都有脉冲 ， 把A、B各自反向一次得各自反向一次得C、D信号 ， 信号 ， A、 B、C、D信号再经微分变 。

40、成窄脉冲信号再经微分变成窄脉冲A、B、C、D ， 即在正即在正 走或反走时每个方波的上升沿产生窄脉冲 ， 由与门电路把走或反走时每个方波的上升沿产生窄脉冲 ， 由与门电路把0o、90o、 180o、270o四个位置上产生的窄脉冲组合起来 ， 根据不同的移动方四个位置上产生的窄脉冲组合起来 ， 根据不同的移动方 向形成正向或反向脉冲 。
正向运动时 ， 用与门向形成正向或反向脉冲 。
正向运动时 ， 用与门Y1Y4及或门及或门H1 ， 得得 到到AB+AD+CD+BC的四个输出脉冲；反向运动时 ， 用与门的四个输出脉冲；反向运动时 ， 用与门 Y5Y8及或门及或门H2 ， 得到得到BC+ CD+AD+ AB的四个输出脉冲 ， 的四个输出脉冲 ，其波形 。

41、见图其波形见图6-11b 。
第三节 光栅 Y6 微 分 微 分 微 分 整 形 P1 P2 P4 P3 差动 放 大 器 差动 放 大 器 整 形 反 相 反 相 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y7 Y8 微 分 B A D C a)电路原理图电路原理图图图6-11 四倍频辨向电路四倍频辨向电路 第三节 光栅 sin cos A B C D A B C D 正向 相加AB+AD+CD+BC 反向 相加BC+CD+AD+AB 图图6-11 四倍频辨向电路四倍频辨向电路 b) 波形图波形图 (正向叠加正向叠加) 正反 第三节 光栅 若光栅栅距若光栅栅距0.01mm,采用四倍频辨向电路 ， 则工作采用四 。

42、倍频辨向电路 ， 则工作 台每移动台每移动0.0025mm ， 就会送出一个脉冲 ， 即分辨率为就会送出一个脉冲 ， 即分辨率为 0.0025mm 。
由此可见 ， 光栅检测系统的分辨力不仅取由此可见 ， 光栅检测系统的分辨力不仅取 决于光栅尺的栅距 ， 还取决于鉴向倍频的倍数 。
除四倍决于光栅尺的栅距 ， 还取决于鉴向倍频的倍数 。
除四倍 频以外 ， 还有十倍频、二十倍频频以外 ， 还有十倍频、二十倍频(电路电路)等 。
等 。
3、光栅的分辨率光栅的分辨率 分辨率分辨率=W/n 式中：式中：W为栅距 ， 为栅距 ，n为电路鉴向细分的倍数为电路鉴向细分的倍数 第三节 光栅 四、光栅的特点四、光栅的特点 1 1、检测精度高；、检测精度高； 2 2、响 。

43、应速度快；、响应速度快； 3 3、环境要求高；、环境要求高； 4 4、安装、维护较难 ， 成本较高 。
、安装、维护较难 ， 成本较高 。
五、光栅的应用五、光栅的应用 （P119） 第四节 感应同步器 一、结构与工作原理一、结构与工作原理 感应同步器感应同步器为电磁式检测装置 ， 属模拟式测量为电磁式检测装置 ， 属模拟式测量 ， 其 ， 其 输出电压随被测直线位移或角位移而改变 。
输出电压随被测直线位移或角位移而改变 。
感应同步器感应同步器按其结构特点一般分为按其结构特点一般分为直线式和旋转式直线式和旋转式 两种两种： 直线式感应同步器直线式感应同步器由定尺和滑尺组成 ， 用于直线位由定尺和滑尺组成 ， 用于直线位 移测量 。
移测 。

44、量 。
旋转式感应同步器旋转式感应同步器由转子和定子组成 ， 用于角位移由转子和定子组成 ， 用于角位移 测量 。
测量 。
本节以直线式感应同步器为例本节以直线式感应同步器为例,介绍其介绍其结构结构和和工作原理工作原理 第四节 感应同步器 直线感应同步器其结构如图直线感应同步器其结构如图6-12所示 ， 定尺和滑尺的基板所示 ， 定尺和滑尺的基板 采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成 ， 钢板上用绝缘粘结剂采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成 ， 钢板上用绝缘粘结剂 贴有铜箔 ， 并利用腐蚀的办法做成图示的印刷绕组 。
长尺叫定贴有铜箔 ， 并利用腐蚀的办法做成图示的印刷绕组 。
长尺叫定 尺 ， 安装在机床床身上 ， 短尺为滑尺 ， 安装于移动部件上 ，。

45、两尺 ， 安装在机床床身上 ， 短尺为滑尺 ， 安装于移动部件上 ， 两 者平行放置 ， 保持者平行放置 ， 保持0.250.05mm间隙 。
间隙 。
感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距 ， 滑尺和定尺感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距 ， 滑尺和定尺 的节距均为的节距均为2， 这是衡量感应同步器精度的主要参数 。
标准感 ， 这是衡量感应同步器精度的主要参数 。
标准感 应同步器定尺长应同步器定尺长250mm ， 滑尺长滑尺长100mm ， 节距为节距为2mm 。
定尺上定尺上 是单向、均匀、连续的感应绕组 ， 滑尺有两组绕组 ， 一组为正是单向、均匀、连续的感应绕组 ， 滑尺有两组绕组 ， 一组为正 弦绕组 ， 另一为余弦绕组 。
当正弦绕组与定尺绕组对齐时 ， 余弦 。

46、绕组 ， 另一为余弦绕组 。
当正弦绕组与定尺绕组对齐时 ， 余 弦绕组与定尺绕组相差弦绕组与定尺绕组相差1/4节距 。
节距 。
第四节 感应同步器 V2 定尺 滑尺 正弦绕组 Vs Vc 余弦绕组 图图6-12 直线感应同步器结构直线感应同步器结构 2 3 /4 第四节 感应同步器 当滑尺任意一绕组加交流激磁电压时 ， 由于电磁当滑尺任意一绕组加交流激磁电压时 ， 由于电磁 感应作用 ， 在定尺绕组中必然产生感应电压 ， 该感应电压取决感应作用 ， 在定尺绕组中必然产生感应电压 ， 该感应电压取决 于滑尺和定尺的相对位置 。
当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时 ， 于滑尺和定尺的相对位置 。
当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时 ，定尺感应电压与定 。

47、、滑尺的相对位置关系如定尺感应电压与定、滑尺的相对位置关系如图图6-136-13所示所示. .如果滑尺如果滑尺 处于处于A A位置 ， 即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合 ， 定尺绕组线圈位置 ， 即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合 ， 定尺绕组线圈 中穿入的磁通最多 ， 则定尺上的感应电压最大 。
随着滑尺相对定中穿入的磁通最多 ， 则定尺上的感应电压最大 。
随着滑尺相对定 尺做平行移动 ， 穿入定尺的磁通逐渐减少 ， 感应电压逐渐减小 。
尺做平行移动 ， 穿入定尺的磁通逐渐减少 ， 感应电压逐渐减小 。
当滑尺移到图中当滑尺移到图中B B点位置 ， 与定尺绕组刚好错开点位置 ， 与定尺绕组刚好错开1/41/4节距时 ， 感应节距时 ， 感应 电压为零 。
再移动 。

48、至电压为零 。
再移动至1/21/2节距处 ， 即图中节距处 ， 即图中C C点位置时 ， 定尺线圈中点位置时 ， 定尺线圈中 穿出的磁通最多 ， 感应电压最大 ， 但极性相反 。
再移至穿出的磁通最多 ， 感应电压最大 ， 但极性相反 。
再移至3/43/4节距 ， 节距 ，即图中即图中D D点位置时 ， 感应电压又变为零 ， 当移动一个节距位置如图点位置时 ， 感应电压又变为零 ， 当移动一个节距位置如图 中中E E点 ， 又恢复到初始状态 ， 与点 ， 又恢复到初始状态 ， 与A A点相同 。
点相同 。
第四节 感应同步器 显然 ， 在定尺移动一个节距的过程中 ， 感应电压显然 ， 在定尺移动一个节距的过程中 ， 感应电压 近似于余弦函数变化了一个周期 ， 如图近似于余弦函数变化了一个周期 。

49、 ， 如图6-136-13中中ABCDEABCDE 。
定 尺 滑 A 尺 B2 4 1 位 C2 2 1 置 D2 4 3 E 2 E A V2 M N 正弦绕组 余弦绕组 B D C O P 图图6-13 感应电压幅值与定尺滑尺相对位置关系感应电压幅值与定尺滑尺相对位置关系 第四节 感应同步器 感应电压的幅值变化规律就是一个周期性的余弦曲线 。
在一感应电压的幅值变化规律就是一个周期性的余弦曲线 。
在一 个周期内 ， 感应电压的某一幅值对应两个位移点 ， 如图个周期内 ， 感应电压的某一幅值对应两个位移点 ， 如图6-136-13中中M M、 N N两点 。
两点 。
为确定唯一位移 ， 在滑尺上与正弦绕组错开为确定唯一位移 ，。

50、在滑尺上与正弦绕组错开1/41/4节距处 ， 配节距处 ， 配 置了余弦绕组 。
同样 ， 若在滑尺的余弦绕组中通以交流励磁电压 ， 置了余弦绕组 。
同样 ， 若在滑尺的余弦绕组中通以交流励磁电压 ，也能得出定尺绕组感应电压与两尺相对位移的关系曲线 ， 它们之也能得出定尺绕组感应电压与两尺相对位移的关系曲线 ， 它们之 间为正弦函数关系间为正弦函数关系( (图图6-136-13中中OP)OP) 。
若滑尺上的正、余弦绕组同时若滑尺上的正、余弦绕组同时 励磁 ， 就可以分辨出感应电压值所对应的唯一确定的位移 。
励磁 ， 就可以分辨出感应电压值所对应的唯一确定的位移 。
第四节 感应同步器 二、二、感应同步器的感应同步器的应用应用 感应同步器作为 。

51、位置测量装置安装在数控机床上 ， 它也有感应同步器作为位置测量装置安装在数控机床上 ， 它也有 两种工作方式两种工作方式：鉴相式和鉴幅式鉴相式和鉴幅式 。
1. 1. 鉴相型系统鉴相型系统 供给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率、幅值相同 ， 供给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率、幅值相同 ，相位相差相位相差90900 0的交流励磁电压的交流励磁电压 根据叠加原理 ， 定尺上的总感应电压为根据叠加原理 ， 定尺上的总感应电压为 t m V c V t m V s V cos sin )sin( 2 coscoscossin 2 t m KV t m KVt m KVV 第四节 感应同步器 式中式中 K K 耦合系 。

52、数耦合系数( (比例常数比例常数) )； 励磁电压的幅值；励磁电压的幅值； 励磁电压的角频率；励磁电压的角频率； 与位移对应的角度 。
与位移对应的角度 。
m V x 若设定尺绕组节距为若设定尺绕组节距为2 2， 它对应的感应电压以正弦函数变 ， 它对应的感应电压以正弦函数变 化了 ， 当滑尺移动距离为化了 ， 当滑尺移动距离为 时时 ， 则对应感应电压以正弦函数变则对应感应电压以正弦函数变 化相位角 。
由比例关系化相位角 。
由比例关系 可得可得 22 x xx 2 2 第四节 感应同步器 通过鉴别定尺感应输出电压的相位 ， 即可测量定尺和通过鉴别定尺感应输出电压的相位 ， 即可测量定尺和 滑尺之间的相对位移 。
例如定尺感应输 。

53、出电压与滑尺励磁电压滑尺之间的相对位移 。
例如定尺感应输出电压与滑尺励磁电压 之间的相位差为之间的相位差为3.60 ， 当节距 ， 当节距=2mm的情况下 ， 表明滑尺移动了的情况下 ， 表明滑尺移动了 0.02mm 。
鉴相式伺服系统鉴相式伺服系统利用相位比较原理进行工作利用相位比较原理进行工作,如如图图6-14。
基准信号发生器输出一系列一定频率的基准脉冲信号（载波基准信号发生器输出一系列一定频率的基准脉冲信号（载波 信号） ， 为伺服系统提供一个相位比较基准 。
信号） ， 为伺服系统提供一个相位比较基准 。
脉冲调相器的作用是将来自数控装置的进给脉冲信号转换为脉冲调相器的作用是将来自数控装置的进给脉冲信号转换为 相位 。

54、变化的信号相位变化的信号 ， 图图6-156-15为其原理组成框图 。
在脉冲调相器中 ， 为其原理组成框图 。
在脉冲调相器中 ，由基准信号发生器产生的基准脉冲信号分成两路 ， 一路直接输入由基准信号发生器产生的基准脉冲信号分成两路 ， 一路直接输入 分频器分频器1 1 ， 它为 ， 它为1/1/N N分频的二进制计数器 ， 称为基准分频通道 。
分频的二进制计数器 ， 称为基准分频通道 。
指指 令令 相相 位位 第四节 感应同步器 基准相位基准相位 放大放大 整形整形 滤波滤波 基准信号发生器基准信号发生器 脉冲调相器脉冲调相器 鉴相器鉴相器 放大器放大器 激磁激磁 供电供电 线路线路 伺服伺服 电机电机 速度速度 控制控制 单元单 。

55、元 滑尺滑尺 定尺定尺 机床机床 Vs Vc +x -x 图图6-14 感应同步器鉴相测量系统框图感应同步器鉴相测量系统框图 0 1 第四节 感应同步器 分配器分配器1（1/N） （基准分频通道）基准分频通道） 分配器分配器2（1/N） （调相分频通道）调相分频通道） 脉冲脉冲 加减器加减器 基准信号基准信号 发生器发生器励磁信号励磁信号 指令信号指令信号 +x -x 图图6-15 脉冲调相器脉冲调相器系统框图系统框图 第四节 感应同步器 为适应感应同步器滑尺的两励磁绕组供电的要求 ， 为适应感应同步器滑尺的两励磁绕组供电的要求 ，该通道输出两路幅值相等、频率相同、相位相差该通道输出两路幅值相等、 。

56、频率相同、相位相差90900 0的脉冲信号 ， 的脉冲信号 ，经激磁供电线路变成正、余弦信号给滑尺正弦、余弦绕组励磁 。
经激磁供电线路变成正、余弦信号给滑尺正弦、余弦绕组励磁 。
另一路先经过脉冲加减器 ， 再进入分频器另一路先经过脉冲加减器 ， 再进入分频器2 2 ， 该分频器也为 ， 该分频器也为1/1/N N分分 频二进制计数器 ， 称为调相分频通道 。
调相分频通道的任务是将频二进制计数器 ， 称为调相分频通道 。
调相分频通道的任务是将 指令脉冲信号调制成与基准脉冲有一定关系的输出脉冲信号 ， 其指令脉冲信号调制成与基准脉冲有一定关系的输出脉冲信号 ， 其 相位差大小和极性与指令脉冲有关 。
上述两个分频器均为相位差大小和极性与指令脉 。

57、冲有关 。
上述两个分频器均为1/1/N N分分 频 ， 即当输入频 ， 即当输入N N个计数脉冲后产生一个溢出脉冲 。
个计数脉冲后产生一个溢出脉冲 。
当指令脉冲为零时 ， 调相分频通道输出信号和基准脉冲信号当指令脉冲为零时 ， 调相分频通道输出信号和基准脉冲信号 相位相同 ， 两者相位差为零 。
相位相同 ， 两者相位差为零 。
第四节 感应同步器 当有一正向指令脉冲通过脉冲加减器 ， 使得输入到调相当有一正向指令脉冲通过脉冲加减器 ， 使得输入到调相 分频通道的脉冲个数增加一个 ， 结果该分频器产生溢出脉冲的时分频通道的脉冲个数增加一个 ， 结果该分频器产生溢出脉冲的时 刻提前产生 。
因此 ， 在指令脉冲作用下 ， 调相分频通道输出脉冲刻提前产生 。
因 。

58、此 ， 在指令脉冲作用下 ， 调相分频通道输出脉冲 与基准脉冲有一个相位差与基准脉冲有一个相位差1 1 ， 且且1 11 10 0 ， 0 0为基准为基准 信号发生器的基准相位；信号发生器的基准相位；1 1为指令信号相位；为指令信号相位；1 1的大小取决于的大小取决于 指令脉冲数 ， 其随时间变化的快慢取决于指令脉冲频率 ， 而其相指令脉冲数 ， 其随时间变化的快慢取决于指令脉冲频率 ， 而其相 对于对于0 0的超前与滞后 ， 则取决于指令脉冲进给方向 。
的超前与滞后 ， 则取决于指令脉冲进给方向 。
如果感应同步器的节距为如果感应同步器的节距为2 2mmmm ， 脉冲当量选定为脉冲当量选定为=0.001mm=0.001mm ，一个脉冲对应 。

59、的相移角一个脉冲对应的相移角1 1为为: : 18. 0360 2 1 第四节 感应同步器 数控装置每发一个进给脉冲 ， 经脉冲调相器变为超前数控装置每发一个进给脉冲 ， 经脉冲调相器变为超前 基准信号一个基准信号一个0.180.180 0相移角的信号 ， 相移角的信号 ，即即1 1= =1 1- -0 0=0.18=0.180 0 。
此时因工作台未动 ， 反馈信号相对于基准信号的相位差此时因工作台未动 ， 反馈信号相对于基准信号的相位差 2 2= =2 2- -0 0=0=0 （2 2为定尺绕组上作为反馈信号所取的感应电压为定尺绕组上作为反馈信号所取的感应电压U U2 2的相位） 。
的相位） 。
鉴相器将鉴相器将1 。

60、 12 2 =0.18 =0.180 0的相位差检测出来 ， 经放大的相位差检测出来 ， 经放大 后控制伺服电动机带动工作台移动 。
随着工作台的移动 ， 后控制伺服电动机带动工作台移动 。
随着工作台的移动 ， 2 2逐逐 渐增大 ， 相位差渐增大 ， 相位差逐渐减少 ， 直至逐渐减少 ， 直至0 0 。
第四节 感应同步器 2. 2. 鉴幅式系统鉴幅式系统 供给滑尺上正、余弦绕组的励磁电压的频率相同、相位相同供给滑尺上正、余弦绕组的励磁电压的频率相同、相位相同 但幅值不同 。
但幅值不同 。
式中式中 给定的电气角 。
给定的电气角 。
则在定尺绕组产生的总感应电压为则在定尺绕组产生的总感应电压为 式中式中 与位移对应的角度与位移对应的角度。

61、t m V c V t m V s V sincos sinsin sinsincoscossinsin 2 tKVtKVV mm tKVmsinsin 第四节 感应同步器 鉴幅式伺服系统是以位置检测信号的幅值大小来反映机鉴幅式伺服系统是以位置检测信号的幅值大小来反映机 械位移的数值 ， 并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比械位移的数值 ， 并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比 较构成闭环伺服系统 。
较构成闭环伺服系统 。
由上式可知 ， 若电气角由上式可知 ， 若电气角已知 ， 只要测出已知 ， 只要测出V V2 2的幅值 ， 便能的幅值 ， 便能 求出与位移对应的角度求出与位移对应的角度 。
实际测量时 ， 不断调整实际测量时 ，。

62、不断调整， 让幅让幅 值为零 。
设初始位置时 ， 值为零 。
设初始位置时 ，= =， V V2 20 0 ， 当滑尺相对定尺当滑尺相对定尺 移动后 ， 随着移动后 ， 随着不断增加 ， 不断增加 ，， V V2 2 0 0。
若逐渐改变若逐渐改变 值 ， 直至值 ， 直至 = =， V V2 20 0 ， 此时此时的变化量就代表了的变化量就代表了对应的对应的 位移量 ， 就可测得机械位移 。
位移量 ， 就可测得机械位移 。
第四节 感应同步器 测量及信号 处理 电路 比较 器 数模 转换 放大 环节 速度 单元 工作 台 伺服 电机 图图6-16鉴幅式伺服系统原理框图鉴幅式伺服系统原理框图 进给指令进给指令 第四节 感应同步器 进入比较器的信 。

63、号有两路 ， 一路来自进给脉冲 ， 它代表了进入比较器的信号有两路 ， 一路来自进给脉冲 ， 它代表了 数控装置要求机床工作台移动的位移量 。
另一路来自测量及信数控装置要求机床工作台移动的位移量 。
另一路来自测量及信 号处理电路 ， 以数字脉冲形式出现 ， 体现了工作台实际移动的号处理电路 ， 以数字脉冲形式出现 ， 体现了工作台实际移动的 距离 。
鉴幅式系统工作之前 ， 数控装置和测量元件的信号处理距离 。
鉴幅式系统工作之前 ， 数控装置和测量元件的信号处理 电路都没有脉冲输出 ， 比较器的输出为零 ， 工作台不移动 。
出电路都没有脉冲输出 ， 比较器的输出为零 ， 工作台不移动 。
出 现进给脉冲信号后 ， 比较器的输出不为零 ， 经数模转换电路将现进给脉冲信号后 ，。

64、比较器的输出不为零 ， 经数模转换电路将 比较器输出的数字量转化为电压信号 ， 经放大后 ， 由伺服电机比较器输出的数字量转化为电压信号 ， 经放大后 ， 由伺服电机 带动工作台移动 。
带动工作台移动 。
同时 ， 工作在鉴幅状态的感应同步器的定尺同时 ， 工作在鉴幅状态的感应同步器的定尺 感应出电压信号 ， 经信号处理线路转换成相应的数字脉冲信号 ， 感应出电压信号 ， 经信号处理线路转换成相应的数字脉冲信号 ，该数字脉冲信号作为反馈信号进入比较器与进给脉冲进行比较 。
该数字脉冲信号作为反馈信号进入比较器与进给脉冲进行比较 。
按图按图6-166-16原理框图叙述鉴幅式系统的工作原理：原理框图叙述鉴幅式系统的工作原理： 第四节 感应同步器。

65、若两者相等 ， 比较器输出为零 ， 工作台不动；若若两者相等 ， 比较器输出为零 ， 工作台不动；若 两者不相等 ， 说明工作台实际移动的距离还不等于指令信号两者不相等 ， 说明工作台实际移动的距离还不等于指令信号 要求移动的距离 ， 伺服电机继续带动工作台移动 ， 直到比较器要求移动的距离 ， 伺服电机继续带动工作台移动 ， 直到比较器 输出为零时停止 。
输出为零时停止 。
图图6-17 测量元件及信号处理电路测量元件及信号处理电路 测量 元件 sin/cos 发生器 解调 线路 V/F 转换器 第四节 感应同步器 测量及信号处理线路如何将工作台的机械位移检测出测量及信号处理线路如何将工作台的机械位移检测出 来并转换为数字脉冲信号 ， 可 。

【数控|数控原理与系统-6】66、参见来并转换为数字脉冲信号 ， 可参见图图6-176-17 。
感应同步器根据工作台的位移量 ， 输出正弦电压信号 ， 感应同步器根据工作台的位移量 ， 输出正弦电压信号 ，该电压信号的幅值代表工作台的位移 。
此正弦信号经滤波、该电压信号的幅值代表工作台的位移 。
此正弦信号经滤波、 放大、检波、整流以后 ， 变成方向与工作台移动方向相对放大、检波、整流以后 ， 变成方向与工作台移动方向相对 应 ， 幅值与工作台位移成正比的直流电压信号 ， 这个过程应 ， 幅值与工作台位移成正比的直流电压信号 ， 这个过程 称解调 ， 由解调线路也称鉴幅器来完成 。
解调后的信号经称解调 ， 由解调线路也称鉴幅器来完成 。
解调后的信号经 电压频率（电压频率（V V/ /F F）转换器变成计数脉冲 ， 脉冲的个数与电转换器变成计数脉冲 ， 脉冲的个数与电 压幅值成正比 ， 并用符号触发器表示方向 。
一方面 ， 该计压幅值成正比 ， 并用符号触发器表示方向 。
一方面 ， 该计 数脉冲及符号送比较器与进给脉冲比较；另一方面 ， 经正数脉冲及符号送比较器与进给脉冲比较；另一方面 ， 经正 余弦余弦( (sin/sin/coscos) )信号发生器 ， 产生驱动测量元件的两路信信号发生器 ， 产生驱动测量元件的两 。

稿源：(未知)

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标题：数控|数控原理与系统-6