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容栅传感器测量原理
在动栅栅面编号为A~H发射电极上分别加上8个等幅、同频、相位依次相差p/4的方波激励电压 (i=0,1,2,…,7)。每组编号相同的发射极都加以相同的激励,经过两对电容耦合在接收极上形成容栅电压 。由于各组中序号相同的发射极和反射极的相对位置相同,所以可以将48个发射极和对应的反射极板间的电容简化为 到 的8个电容器。Cf代表反射极与接收极相互耦合之后形衬电容器,由于接收极在动栅方向上的长度恰好为一组反射极长度的整数倍,又由于反射极是周期性排列的,所以接收极和反射极的相互覆盖谬不嘶移变化,即Cf为一个常数。图2所示为其等效电路图[2]。
容栅工作时,施加发射电极上的周期激励,通过发射极与反射极、反射极与接收极两对电容耦合,在接收极上形成合成。传感器输入、输出与各电极之间电容耦合关系。
一组激励 (i=0,1,2,…,7)通过一组电容 (i=0,1,2,…,7)和定值电容Cf耦合后,传感器的输出 。不考虑激励的输出阻抗,并作归一化处理,棵:
(1)
把 和 作傅立叶展开,选择的零点,可视为偶函数:
(2)
(3)
式中,T—激励的周期;
W—静栅反射极板的节距。
容栅处理电路会滤去高次谐波,在这里采用基波求解,并作归一化处理,把公式(2)(3)代入(1)得:
(4)
在匀速的条件下,由激励 和电容 的特点棵:
(5)
式中,k为一常系数,正负由动栅和静栅的相对运动方向决定。
从公式(5)可知,输出 的电位相与容栅传感器的位移有一一对应关系(在一个周期内是单值函数),调相是一个周期,动栅和静栅每相对运动一组发射极的宽度,调相变化一个周期。根据这个原理可以通过鉴相器鉴别调相的相位变化,从而推算出动栅和静栅的相对位移。同时还可以通过可逆计数器记录输出周期变化数,实现长距离的测量。接收极上的输出并不能直接送鉴相电路使用,在这之前还需要经过解调?、滤波、放大和
,形成方波,后通过鉴相器输出位移信息送显示。
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量编码器码盘是由很多光栅刻线组衬,有两个(或4个,以后讨论4个光眼的)光眼读取A,B的,刻线的密度决定了这个增量型编码器的分辨率,也就是可以分辨读取的小变化角度值。代表增量编码器的分辨率的参数是PPR,也就是每转脉冲数。
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