XI’AN JIAOTONG
UNIVERSITY
工业系统的测量
陈永森
工程训练中心
2004年 12月
,工程训练, 之一
讲义 V 1.1
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-1
第八讲 位移测量
本讲我们要解决的问题
? 如何知道机器行走的距离？
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-2
第八讲 位移测量
本讲内容（ 2课时）
? 位移测量的方法
? 螺旋机构
? 码盘式位移测量原理
? 辨向原理
? 训练内容 1：手动输入脉冲计数显示
? 训练内容 2：位移测量
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-3
§ 8.1 位移的测量方法
?线位移：
?角位移：
?线位移 ?角位移：丝杆螺母；齿轮齿条；
线轮；曲柄滑块 ……
?小位移的测量：
?定位器
?电子罗盘
?陀螺仪（三维、二维）
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-4
§ 8.1 螺旋机构
?螺旋机构：转动 ?平动；转距 ?轴向力
?特性：自锁能力
?应用：仪器仪表中的微调装置、机床的进给装
置、螺旋千斤顶、工装夹具
2sL
?
??
L
?
螺母
丝杆
s：螺母的直线位移
φ：丝杠转过的角位移
L：丝杠的螺距
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-5
§ 8.1 码盘式位移测量原理
?光电编码盘 (rotary encoder)
?码盘的 线数 N：码盘的条纹数。即码盘旋
转一周会输出 N各脉冲。
?测量原理：对编码盘输出脉冲进行计数
?脉冲当量 δ：每一个脉冲代表的直线位移
量
?实验装置：
码盘线数 N＝ 50，螺距 L＝ 5mm
脉冲当量 δ,δ＝ L/N＝ 0.1mm
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-6
§ 8.1 辨向原理
辨向的方法
光 电 对 管 A 光 电 对 管 B
t= 0
u
t
A
u
t
B
顺
u
t
B
逆
超前于 A
滞后于 A
0
1
关键：“相位关系”
2路信号存在 相位差
市售编码盘：
均有 2路有相位差的信号
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-7
§ 8.1 辨向原理
位移辨向的电路框图
4543BE
8段 LED
4510BE
4513BE
LM324MOC70T3
光 电 对 管 A
光 电 对 管 B
整 形
整 形
I N A
I N B
相 位 辨 别
加 / 减 计 数
S 1, 清 零,
S 3, 加,, 减,
S 4, 手 动,
S 2
检 测工 作
加 / 减 控 制
加 / 减 控 制
译
码
显
示
译
码
显
示
译
码
显
示
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-8
实验电路板简介
电源 显示
译码
计数
辨向输入
控制开关
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-9
训练内容 1：手动输入脉冲技术显示
训练要求（ P67,20’）
?设置：开关 S2?“检测”
?开关 S3?“加 /减”选择
?加计数：, 999” ?“000”
?减计数：, 000”?“999”
?“清零” ?,000”
?操作：
?按“手动”按钮，每按一次向计数器输入一
个脉冲。
?观察脉冲计数过程
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-10
训练内容 2：位移测量
训练要求（ P67,20’）
?设置：开关 S2?“检测,
?电路连接：
装置 电路板 示波器
01 ?,INA” ? CH1
02 ?,INB” ? CH2
GND ? GND ? 地线
+15V ? 电源
?操作：
?摇动手柄：螺母正向前进 100mm，反向后退 40mm
?观察示波器显示的两个脉冲的 相位关系,同时观察
计数器的 计数显示 。
?注意,缓慢摇动，防止螺母在两头 咬死 ！！！
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-11
思考：
1,写出显示数字 k与实际直线位移 s的
关系。
2,在 360° 角位移以内，写出显示数字
k与实际角位移 φ的关系。
3,两个光电对管之间的条纹数对辨向
有影响吗？为什么？
4,码盘上的条纹数对位移检测有什么
影响？
5,如何得到位置信号？
6,怎样使螺旋机构在同样的角位移下
输出的执行位移量增大？
7,尽可能多的举出螺旋机构的实际用
例。
ksL
N?
360kN? ??
起点＋位移
精度
无。只跟相位关系有关
增大螺距 L
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工业系统的测量
陈永森
工程训练中心
2004年 12月
,工程训练, 之一
讲义 V 1.1
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-1
第八讲 位移测量
本讲我们要解决的问题
? 如何知道机器行走的距离？
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-2
第八讲 位移测量
本讲内容（ 2课时）
? 位移测量的方法
? 螺旋机构
? 码盘式位移测量原理
? 辨向原理
? 训练内容 1：手动输入脉冲计数显示
? 训练内容 2：位移测量
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-3
§ 8.1 位移的测量方法
?线位移：
?角位移：
?线位移 ?角位移：丝杆螺母；齿轮齿条；
线轮；曲柄滑块 ……
?小位移的测量：
?定位器
?电子罗盘
?陀螺仪（三维、二维）
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-4
§ 8.1 螺旋机构
?螺旋机构：转动 ?平动；转距 ?轴向力
?特性：自锁能力
?应用：仪器仪表中的微调装置、机床的进给装
置、螺旋千斤顶、工装夹具
2sL
?
??
L
?
螺母
丝杆
s：螺母的直线位移
φ：丝杠转过的角位移
L：丝杠的螺距
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-5
§ 8.1 码盘式位移测量原理
?光电编码盘 (rotary encoder)
?码盘的 线数 N：码盘的条纹数。即码盘旋
转一周会输出 N各脉冲。
?测量原理：对编码盘输出脉冲进行计数
?脉冲当量 δ：每一个脉冲代表的直线位移
量
?实验装置：
码盘线数 N＝ 50，螺距 L＝ 5mm
脉冲当量 δ,δ＝ L/N＝ 0.1mm
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-6
§ 8.1 辨向原理
辨向的方法
光 电 对 管 A 光 电 对 管 B
t= 0
u
t
A
u
t
B
顺
u
t
B
逆
超前于 A
滞后于 A
0
1
关键：“相位关系”
2路信号存在 相位差
市售编码盘：
均有 2路有相位差的信号
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§ 8.1 辨向原理
位移辨向的电路框图
4543BE
8段 LED
4510BE
4513BE
LM324MOC70T3
光 电 对 管 A
光 电 对 管 B
整 形
整 形
I N A
I N B
相 位 辨 别
加 / 减 计 数
S 1, 清 零,
S 3, 加,, 减,
S 4, 手 动,
S 2
检 测工 作
加 / 减 控 制
加 / 减 控 制
译
码
显
示
译
码
显
示
译
码
显
示
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实验电路板简介
电源 显示
译码
计数
辨向输入
控制开关
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-9
训练内容 1：手动输入脉冲技术显示
训练要求（ P67,20’）
?设置：开关 S2?“检测”
?开关 S3?“加 /减”选择
?加计数：, 999” ?“000”
?减计数：, 000”?“999”
?“清零” ?,000”
?操作：
?按“手动”按钮，每按一次向计数器输入一
个脉冲。
?观察脉冲计数过程
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-10
训练内容 2：位移测量
训练要求（ P67,20’）
?设置：开关 S2?“检测,
?电路连接：
装置 电路板 示波器
01 ?,INA” ? CH1
02 ?,INB” ? CH2
GND ? GND ? 地线
+15V ? 电源
?操作：
?摇动手柄：螺母正向前进 100mm，反向后退 40mm
?观察示波器显示的两个脉冲的 相位关系,同时观察
计数器的 计数显示 。
?注意,缓慢摇动，防止螺母在两头 咬死 ！！！
Industry Training Center, 工程训练, —— 力的测量与差动放大 2-11
思考：
1,写出显示数字 k与实际直线位移 s的
关系。
2,在 360° 角位移以内，写出显示数字
k与实际角位移 φ的关系。
3,两个光电对管之间的条纹数对辨向
有影响吗？为什么？
4,码盘上的条纹数对位移检测有什么
影响？
5,如何得到位置信号？
6,怎样使螺旋机构在同样的角位移下
输出的执行位移量增大？
7,尽可能多的举出螺旋机构的实际用
例。
ksL
N?
360kN? ??
起点＋位移
精度
无。只跟相位关系有关
增大螺距 L
