光栅位移传感器工作原理 (1).pptx

导论传感器检测基础知识项目五现代检测技术中新型传感器的应用项目二力和压力的检测项目三物位、流量的检测项目四运动学量的检测 项目一温度的检测

运动学量的检测项目四任务一霍尔传感器检测运动学量任务三光电传感器检测运动学量任务四数字编码器检测运动学量任务五光栅传感器检测运动学量任务六磁栅传感器检测运动学量任务二电涡流传感器检测运动学量

任务五光栅传感器检测运动学量知识要点5.3光栅位移传感器应用案例5.2光栅位移传感器工作原理5.1光栅的基本结构

5.2光栅位移传感器工作原理光栅传感器的测量位移原理利用光栅的莫尔条纹现象进行测量所谓莫尔(Moire)，法文的原意是水面上产生的波纹。莫尔条纹是指两块光栅叠合时，出现光的明暗相间的条纹，从光学原理来讲，如果光栅栅距与光的波长相比较是很大的话，就可以按几何光学原理来进行分析。

5.2光栅位移传感器工作原理如图所示：为两块栅距相等的光栅叠合在一起，并使它们的刻线之间的夹角为θ时，这时光栅上就会出现若干条明暗相间的条纹，这就是莫尔条纹。1．莫尔条纹等栅距形成的莫尔条纹（θ≠0）x-光栅移动方向；y-莫尔条纹移动方向

5.2光栅位移传感器工作原理1．莫尔条纹消除光栅刻线的不均匀误差位移的放大特性移动特性位移的放大特性光强与位置关系莫尔条纹重要特性

5.2光栅位移传感器工作原理由于光栅尺的刻线非常密集，光电元件接收到的莫尔条纹所对应的明暗信号，是一个区域内许多刻线的综合结果。因此它对光栅尺的栅距误差有平均效应，这有利于提高光栅的测量精度。（1）消除光栅刻线的不均匀误差

5.2光栅位移传感器工作原理莫尔条纹间距是放大了的光栅栅距W，它随着光栅刻线夹角θ而改变。当θ1时，可推导得莫尔条纹的间距B≈W/θ。可知θ越小，则B越大，相当于把微小的栅距扩大了1/θ倍。（2）位移的放大特性

5.2光栅位移传感器工作原理莫尔条纹随光栅尺的移动而移动，它们之间有严格的对应关系，包括移动方向和位移量。位移一个栅距形，莫尔条纹也移动一个间距B。移动方向的关系表示如表所示。（3）移动特性主光栅相对指示光栅的转角方向主光栅移动方向莫尔条纹移动方向顺时针方向←向左↑向上→向右↓向下逆时针方向←向左↓向下→向右↑向上光栅移动与莫尔条纹移动关系表

5.2光栅位移传感器工作原理两块光栅相对移动时，从固定点观察到莫尔条纹光强的变化近似为正余弦波形变化。当光电元件接收到光的明暗变化，则光信号就转换为如图所示的电压信号输出，它可以用光栅位移量x的正余弦函数表示（这里用余弦函数代表）：（4）光强与位置关系光栅位移与光强及光电元件输出电压的关系u0-光电元件输出的电压信号Uav-输出信号中的平均直流分量

5.2光栅位移传感器工作原理在实际应用中，被测物体的移动方向往往不是固定的。无论主光栅向前或向后移动，在一固定点观察时，莫尔条纹都是作明暗交替变化。因此，只根据一条莫尔条纹信号，就无法判别光栅移动方向，也就不能正确测量往复移动时的位移。为了辨向，需要两个一定相位差的莫尔条纹信号。

5.2光栅位移传感器工作原理2．辨向原理如图所示：为辨向的工作原理和它的逻辑电路。在相隔1/4条纹间距的位置上安装两个光电元件，得到两个相位差π/2的电信号U01和U02，经过整形后得到两个方波信号和。（b)辨向电路（c）波形图（a)两光电元件相对位置1、2-光电元件3-指示光栅4-莫尔条纹A()-光栅移动方向;B()-对应A()的莫尔条纹移动方向

5.2光栅位移传感器工作原理由前面讨论可知，当光栅相对移动一个栅距W，则莫尔条纹移过一个间距B，与门输出一个计数脉冲。这样其分辨率为W。为了能分辨比W更小的位移量，就必须对电路进行处理，使之能在移动一个W内等间距地输出若干个计数脉冲，这种方法就称为细分。由于细分后计数脉冲的频率提高了，故又称为倍频。通常采用的细分方法有四倍频细分、电桥细分、复合细分等。

5.2光栅位移传感器工作原理3.细分技术电桥细分电路图（a）细分电桥（b）10倍频细分电桥电桥细分法的基本原理可以用下面的电桥电路来说明。图(a)的电桥电路中，和分别为从光电元件得到的两个莫尔条纹信号，R1和R2是桥臂电阻，RL为过零触发器负载电阻。图(b)给出了一个10倍频细分的电位器桥细分电路，图中标明了各输出口的初相角。