光栅移传感器结构原理及信号处理.doc

PAGE ０ 第PAGE ２７页 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 SEQ MTEqn \r \h \* MERGEFORMAT SEQ MTSec \r 1 \h \* MERGEFORMAT SEQ MTChap \r 1 \h \* MERGEFORMAT 一、引言： 位置检测技术和数显技术是我国目前重点要发展和推广的新技术。在航空航天、精密机械仪器、数显数控机床等领域得到了广泛的应用，以成为高科技的组成部分。随着微电子技术的迅速发展和微处理器的出现，采用电子学细分和数字化处理的方法对测量传感器的信号周期进行电子细分和误差修正，使提高测量系统的分辨率和系统准确度以成为可能。在检测系统中，光栅占有明显的优势。因此，就针对光栅输出的莫尔条纹信号，运用现在的电子学技术实现高精度、高速度的电子学细分更有实际的工程意义。 我国在光栅方面的研究起步较晚，但近几年来发展迅速。目前，国内研究和开发光栅数显表装置的单位都在研制各种经济型的数显装置产品，并批量投放市场，满足国内机床配套及技术改造的需要。一般分辨率为1um、5um、10um。同时也都在以经济型光栅作为测量传感器的前提下，为提高系统的分辨率而进行莫尔条纹电子细分技术的研究。 高精度的位移测量系统是机械，仪表，工具，兵器，宇航等所获得位置精度的基础，也是上述产业以及产品不断进步的制约因素。在这方面发展较好的主要是栅尺类位移传感器，其中又以光栅位移传感器为主要代表。栅尺类位移传感器具有便于位移信号数字化，高分辨率，大量程，测量效率高可靠性高等特点，在今后的一段时期内是位移测量的主要发展方向。 当今中国社会的机械加工行业当中，还大量使用着五六十年代的设备，这其中还不乏包括很多前苏联四五十年代的设备，这类现象在中小型企业中尤为突出。这些设备仍使用着机械式量规，其中包括卡规和塞规，其特点是结构简单，成本低，但一个尺寸要配一套量规，不能读数且极易磨损，因此在使用过程当中存在严重的加工精度问题。现在的中小型企业之间竞争日益激烈，陈旧的设备现状越来越来阻隔企业的发展。但中国中小型企业的普遍现状就是资本有限，不可能重新构置国外先进的数控机床及设备，因此就需要一种可靠并且价廉的电子量规来改造原来设备。实际上讲，国外从七十年代就开始就已经使用电子量规，尤其以意大利Marposs公司生产的电子量规品种多、系列齐、精度高、技术上较先进。 所以依靠电子量规对目前设备的改造就成为目前热点，这其中就包括了数显改造及数控改造。因此，在基于光栅位移传感器的技术上，设计了光栅数显表。 此光栅数显表的设计系统是为成都远恒精密测控技术有限公司设计的。此表已在生产使用当中。它能随光栅位移传感器一并出售，市场价格可观，它的精密度可达到5um。 二、光栅位移传感器 （一）、位移传感器的常见种类： 要实现位移测量首先就是选用一种能测量位移的传感器。当然这儿说起位移传感器就很多了，比如：有超声波测距、激光测距、容栅位移传感器、光栅位移传感器、电感器位移传感器等等。结合实际应用环境、可靠性、性价比等，目前应用于机械生产设备的传感器主要有容栅位移传感器、电感位移传感器、光栅位移传感器三类产品。 1、容栅位移传感器 是一种靠导体在电场中运行产生变化电场以实现检测位移量的器具。其主要用于微小长度和位移的测量，由于它具有灵敏度和分辨率高的特点，在许多场合中它不能被其它类型的位移传感器所代替。但在大长度、大位移的测量中，普通的电容传感器由于其固有的一些缺点，一直没能获得相应的发展。其主要特点有： （1）、测量速度高 例如，分辨率为0.01mm的容栅数显卡尺，测量速度可达1.5m/s，分辨率为0.001mm容栅数显高度规，测量速度可达1m/s; （2）、结构简单 易于进行机械设计，传感器机械部分主要由两组平板组成，结构紧凑，便于和集成电路制成一体； （3）、对使用环境要求不高 能防油污，防尘，对空气湿度不敏感，适合于在车间中使用； （4）、功耗少 这是由于电容传感器本身的介质损耗和静电引力都很小的缘故。目前的容栅数显卡尺仅用一只1.5伏的氧化银钮扣电池，就可供其连续使用12个月；应用范围很广，例如：电子游标卡尺，电子游标千分尺，医用关节角度测试仪等等； 2、电感位移传感器 是一种利用线圈之间的电磁感应，来实现位移测量的。其结构简单，生产容易，但缺点就是线性较差，必须进行多点线性修正。 3、光栅位移传感器 是一位利用光信号进行测量的传感器。其原理简单上来说就是利用几组发光二极管产生一组平行光，在一根由光绘的玻璃条上切割产生变化的光波，并用光电二极管将其转换为信号，以些实现对位移的测量，这就是本文将要讨论的光栅位移传感器原理及信号处理。光栅的应用邻域广阔，也因其需要