光栅传感器工作原理.ppt

* 数字信号检测系统的组成 数字信号检测系统的组成 传 感 器 整 形 电 路 放 大 器 细 分 电 路 脉冲 当量 变 换 电 路 计 数 器 寄 存 器 计 算 机 显示 执行 机 构 辨向电路 数字信号检测系统的组成 细 分 电 路 光栅数字式传感器 光栅是由很多等节距的透光的缝隙或不透光的刻线均匀、相间排列而成的光电器件。 20线-150线/mm 25线-50线/mm 透射式 反射式 为光栅常数，也称光栅栅距。 数字信号检测系统的组成 光栅的分类 按用途分 物理光栅 计量光栅 利用光的衍射现象，主要用于光谱分析、光波长测量。 利用莫尔条纹现象，主要用于长度、角度、速度、加速度、振动等物理量的测量。 计量光栅 长光栅 圆光栅 用于长度测量 用于角度测量 按光的走向 透射式光栅 反射式光栅 按栅线的形式 黑白光栅（幅值光栅） 闪耀光栅（相位光栅） 径向光栅 切向光栅 环形光栅 长光栅 --- 直线位移 圆光栅 --- 角位移 构成： 主光栅 --- 标尺光栅，定光栅 指示光栅 --- 动光栅 长度 --- 测量范围； 刻线密度 --- 测量精度 ( 10、25、50、100、125线/mm ) 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的结构 光栅传感器的结构和工作原理 光源 透镜 主光栅 指示光栅 光电元件 光栅副 光 路 光栅传感器的结构 按运动形式分： 直线型---主光栅为直尺形→直线移动 旋转型---主光栅为圆盘形→旋转运动 按光学形式分： 透射式---光源与光电元件在两侧→透射光 反射式---光源与光电元件同一侧→反射光 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的结构 莫尔条纹的形成 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 + - 位移 正弦波 条纹宽度： W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2 特例：当 ?=0, w1=w2 → B=? → 光闸莫尔条纹 当 ?=0, w1≠w2 → 纵向莫尔条纹 均匀刻线 主光栅 指示光栅 夹角 明暗相间条纹 莫尔条纹 移动 莫尔条纹（Moire） 方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距 →方向对应 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 准确性：大量刻线 → 误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度 莫尔条纹（Moire）的特性 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 故 被测物体位移＝栅距×脉冲数 被 测 物 体 位 移 莫 尔 条 纹 移 动 正 弦 波 方 波 脉 冲 通过光栅 转 换 通过光电 元件转移 整 形 转 换 逻辑电压 转 换 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 光栅传感器特点 精度高： 测长±(0.2+2×10-6L)μm， 测角±0.1″ 量程大： 透射式---光栅尺长（米）， 反射式---几十米 响应快： 可用于动态测量 增量式： 增量码测量 → 计数 断电→数据消失 要求高： 对环境要求高→温度、 湿度、灰尘、振动、 移动精度 成本高： 电路复杂 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 光栅传感器的测量电路 信号 各种接口 放 大 细 分 整 形 四 倍 频 、 判 向 加