4.5光栅传感器38711.ppt

4.5 光栅传感器 4.5.1 光栅传感器的结构 4.5.2 莫尔条纹形成的原理 4.5.3 莫尔条纹技术的特点 4.5.4 光栅的光路 4.5.5 辨向原理 4.5.6 细分技术 4.5.1 光栅传感器的结构与分类 4.5.1 光栅传感器的结构与分类 光栅副：指示光栅＋主光栅 4.5.2 莫尔条纹形成的原理 莫尔条纹演示 莫尔条纹放大作用举例 4.5.3 莫尔条纹技术的特点 径向光栅进行角度测量 4.5.4 光栅的光路 透射光路 反射光路 （1）透射式光路 （2）反射式光路 4.5.5 辨向原理 如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中，无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相同的正弦信号，无法分辨位移的方向。 辨向光路设置 辨向电路 光栅的输出信号（TTL） 光栅输出信号（电压正弦波） 4.5.6 细分技术 （1）直接细分 直接细分又称位置细分，常用的细分数为4。四细分可用4个依次相距的光电元件，在莫尔条纹的一个周期内将产生4个计数脉冲，实现了四细分。 优点：对莫尔条纹信号波形要求不严格，电路简单，可用于静态和动态测量系统。 缺点：光电元件安放困难，细分数不能太高。 （2）电阻电桥细分法（矢量和法） （c）电阻链细分法（电阻分割法） 光栅的外形及结构 * * 上一页 下一页 返 回 1.结构 透明玻璃上刻平行等宽又等间距的条纹 a-线宽（透光）， b-缝宽(不透光) W=a+b（栅距） ，a=b=W/2 2.分类 物理光栅： 计量光栅： 利用光的衍射现象分析光谱、测定波长 利用光的莫尔条纹现象测量精密位移 反射光栅： 透射光栅： 在不透光的金属载体上刻制出等间距的条纹形成 在透明光学玻璃上均匀刻制出平行等间距的条纹形成 实际应用中，计量光栅又分为： 3.光栅传感器的组成 主光栅和指示光栅之间的距离d可根据光栅的栅距来选择。主光栅和指示光栅在平行光的照射下，形成莫尔条纹。主光栅的精度决定了整个装置的精度。光电元件把光栅形成的莫尔条纹的明暗强弱变化转换为电量输出，主要有光电池和光敏晶体管。 a+b=W称为光栅的栅距（或光栅常数） 通常情况下，a=b=W/2 上一页 下一页 返 回 莫尔条纹间距 莫尔条纹宽度BH由光栅常数与光栅夹角决定 上一页 下一页 返 回 在透射式直线光栅中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线保持很小的夹角θ。当有光照射时，由于挡光效应（50条/mm以下）或光的衍射作用（100/mm以上），在与光栅刻线大致垂直方向上形成明暗相间的条纹。两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带。 BH≈W/θ （θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角） 有一直线光栅，每毫米刻线数为50，主光栅与指示光栅的夹角? =1.8?，则： 分辨力? =栅距W =1mm/50=0.02mm=20?m （由于栅距很小，因此无法观察光强的变化） 莫尔条纹的宽度是栅距的32倍： BH ≈W/θ = 0.02mm/（1.8? *3.14/180? ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 由于较大，因此可以用小面积的光电池“观察”莫尔条纹光强的变化。 上一页 下一页 返 回 （1）位移放大 放大性：夹角θ很小→BW →光学放大→提高灵敏度 可调性：夹角θ↓→条纹间距B↑→灵活 （2）运动对应关系 莫尔条纹移动方向与主光栅相对于指示光栅的位移量和位移方向有严格的对应关系。 （3）误差平均效应 光电元件接收的光信号是进入指示光栅视场的线纹数的综合平均结果，可以克服局部误差和周期误差对测量结果的影响，得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。 当标尺光栅相对于指示光栅转动时，条纹即沿径向移动， 测出条纹移动数目，即可得到标尺光栅相对指示光栅转动的角度。 上一页 下一页 返 回 上一页 下一页 返 回 1-光源 2-准直透镜 3-主光栅 4-指示光栅 5-光电元件 ?此光路适合于粗栅距的黑白透射光栅。 特点：结构简单，位置紧凑，调整使用方便，应用广泛。 上一页 下一页 返 回 1反射主光栅 2-指示光栅 3-场镜 4-反射镜 5-聚光镜 6-光源 7-物镜 8-光电电池。 该光路适用于黑白反射光栅。 上一页 下一页 返 回 上一页 下一页 返 回 例：某1024p/r 圆光栅，正转10圈，反转 4 圈，若不采取辨向措施，则计