第3章第3.2节光电编码.ppt

莫尔条纹演示 莫尔条纹光学放大作用举例 透射式圆光栅 绝对式接触式编码器演示 4个电刷 角编码器的应用 .间接测量 T法测速（适合于低转速场合） T法测速举例 编码器在数控加工中心的刀库选刀控制中的应用 编码器在伺服电机中的应用 例题 T 有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r， 在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为 ： n = 60m1/（TN） n = 60 × 65536 /（1024 × 5） r/min = 768 r/min m1 编码器每转产生 N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生， 则转速（r/min)为 ：n = 60m1/（NT） 时钟脉冲fc 编码器输出脉冲 m2 ··· 编码器每转产生 N 个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2 ，则转速(r/min)为 n = 60fc / （Nm2 ） 时钟脉冲fc 编码器输出脉冲 m2 ··· n = 60fc /（Nm2 ） = 60*1000000/（1024*3000） =19.53 r/min 有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz ，则转速（r/min)为 ： 编码器每转产生 N 个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两 个相邻脉冲之间的脉冲数为m2 ，则转速(r/min)为 n = 60fc / （Nm2 ） * §3.3.2 光电编码器 光电编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器。 一．增量式编码器 增量式编码器的原理是光栅莫尔条纹。形成莫尔条纹是光栅。 在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅，图13-1为透射光栅的示意图。图中a为栅线的宽度（不透光），b为栅线间宽（透光）， a+b=W称为光栅的栅距（也称光栅常数）。通常a=b=W/2，也可刻成a∶b=1.1∶0.9。目前常用的光栅每毫米刻成10、25、50、 100、250条线条。 图13 – 1 透射光栅示意图 2．莫尔条纹 把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅2）面向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角θ，如图13-2所示，这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。由图13 - 2可见，在d - d线上，两块光栅的栅线重合，透光面积最大， 形成条纹的亮带， 它是由一系列四棱形图案构成的；在f - f线上，两块光栅的栅线错开，形成条纹的暗带，它是由一些黑色叉线图案组成的。因此莫尔条纹的形成是由两块光栅的遮光和透光效应形成的。 图13-2 光栅莫尔条纹的形式 莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点。 (1) 位移的放大作用 当光栅每移动一个光栅栅距W时， 莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度BH，如果光栅作反向移动，条纹移动方向也相反。莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为 （13 - 1） θ越小，BH越大，这相当于把栅距W放大了1/θ倍。例如θ=0.1°，则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度BH是栅距W的573倍， 这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用， 从而提高了测量的灵敏度。 （2） 莫尔条纹移动方向 如光栅1沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动；反之，当光栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅线向下移动。 因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。 (3) 误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成，对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期误差的影响。 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） L ≈W/θ = 0.02mm/（1.8? *3.14/180? ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm 莫尔条纹的宽度是栅距的32倍： 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。 5．结构 1）光源 光源一般采用近红外发光二极管，此类LED动态响应快，使用寿命长，发光峰值波长为0.94μ，与