概述脉冲编码器的测量原理光栅测量原理旋转变压器.ppt

光栅属于光学元件，是一种高精度的位移传感器。 1. 光栅的种类 透射光栅 反射光栅 物理光栅 计量光栅 圆光栅 直线光栅 主要介绍一下直线计量光栅。 5. 3 光栅测量原理 高精密计量光栅 ■ 高精度光栅是光刻机、高端机床的关键器件 优于 0.1 μm 的光栅对我禁运 ■ 精密光栅每年进口达十亿元 ■ 海德汉光栅为欧洲国家提供长度基准 ■ 科学技术发展对长度计量精度的无限追求 ■ 纳米分辨率走向纳米精度，关键在于栅线的精度 Heidenhain 高精度光栅尺 512 nm 100 nm 5. 3 光栅测量原理 透射光栅检测装置的结构 5. 3 光栅测量原理 0 1 0,0 0,1 1,0 1,1 反射光栅检测装置的结构 5. 3 光栅测量原理 光栅检测装置基本结构示意图 2. 直线透射光栅 （1）组成 5. 3 光栅测量原理 数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology (2) 直线透射光栅的工作原理 由于挡光效应和光的衍射，在与线纹几乎垂直方向上，会出现明暗交替、间隔相等的粗大条纹，称为“莫尔条纹” 。 5. 3 光栅测量原理 莫尔条纹的特点 放大作用 莫尔条纹纹距B 与光栅节距w和倾角θ之间的关系： 光栅横向移动一个节距w ，莫尔条纹正好沿刻线上下移动一个节距B，用光电元件检测莫尔条纹信号的变化就可以测量光栅的位移。 例：当 w = 0.01mm， θ= 0.01 red， 则 B = 1mm，将栅距放大100倍的莫尔条纹宽度。 由于θ很小，因此 2 2sin / q w = B q w ≈ B 5. 3 光栅测量原理 光栅尺横向莫尔条纹及其参数 2 2sin / q w = B B 2B 5. 3 光栅测量原理 均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，栅距之间的相邻误差被均化。短光栅的工作长度愈长,这一均化误差的作用愈显著。 根据莫尔条纹的移动与栅距移动的对应关系 逆时针方向 选择(＋θ) 顺时针方向 选择(－θ) 左 下 上 右 上 下 光栅移 动方向 莫尔条纹 移动方向 θ角的旋 转方向 5. 3 光栅测量原理 (3) 辨向 为了辨别运动方向，需配置两个彼此错开1/4纹距的光电元件，使输出电信号彼此在相位上差90°，若以其中的一个作为参考信号，则另一个信号将超前或滞后参考信号90°，由此来确定运动方向。 (4) 倍频 倍频又称为细分，倍频数就是指在莫尔条纹一个周期的范围内，等距离安装的感光元件的数目，从而在一个周期内产生若干个脉冲，达到细分的目的。 提高倍频数可以提高光栅的最小读数值，提高分辨率，精密机床的测量常采用高倍频。 例：栅距 w = 0. 1mm， 十倍频后，最小读数值0.01mm. 第二节 检测装置 (5) 特点 优点： 1）精度高 测直线：精度 0.5-3um，分辨率 0.1um 2）易实现动态测量和自动化测量 3）较强的抗干扰能力 缺点： 1）对环境要求高，怕振动，怕油污 2）高精度光栅制作成本高 5. 3 光栅测量原理 * 5. 1 概述 5. 2 脉冲编码器的测量原理 5. 3 光栅测量原理 5. 4 旋转变压器的原理 旋转变压器是一种角度测量装置。 1．旋转变压器的结构 在结构上与两相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成。 定子绕组为变压器的一次绕组 转子绕组为变压器的二次绕组。 根据转子绕组两种不同的引出方式旋转变压器分 有刷式 无刷式 5. 4 旋转变压器的原理 旋转变压器的内部结构图 第二节 检测装置 根据互感原理工作的，定子绕组加上励磁电压，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。 输出感应电动势大小与转子位置有关，就是通过测量被测轴的转角来间接测量工作台的位移。 2．旋转变压器的工作原理 第二节 检测装置 3．旋转变压器的应用 特点 结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便．输出信号幅度大，抗干扰能力强，工作可靠，广泛应用于数控机床上。 应用 实际使用中采用的是正余弦旋转变压器，其定子由两组匝数相等、互相垂直的绕组构成。 第二节 检测装置 定子上的正弦、余弦