4.5 光栅传感器 莫尔条纹.ppt

;光栅传感器和光栅;;;什么是光栅;;;;莫尔条纹演示;;;1. 位移放大特性： 由上式当θ1时，可得莫尔条纹的间距BH≈W/θ。可知θ越小则BH越大，相当于把微小的栅距扩大了1/θ倍。这样尽管栅距W很小，但只要调整夹角θ即可得到很大的莫尔条纹宽度，起到了放大作用。这样即可把一个微小移动量的测量转变为一个较大移动量的测量，既方便又提高了测量精度。;2. 消除或减弱光栅刻线的不均匀误差： 由于光栅尺的刻线很密，光电元件接收到的莫尔条纹所对应的明暗信号，并不只是固定一点的条纹，而是一个区域内许多刻线产生的综合结果。故它对光栅尺的栅距误差有平均效应，即刻线的局部误差和周期误差对于测量精度无直接影响，故有可能得到比光栅本身的刻线精度更高的测量精度。;;莫尔条纹演示;4．光强与位置关系 两块光栅相对移动时，从固定点观察到莫尔条纹光强的变化近似为正弦波变化。光栅移动一个栅距W，光强变化一个周期2π，这种正弦型波形的光强变化照射到光电元件上，即可转换成电信号关于位置的正弦变化。 当光电元件接收到光的明暗变化，则光信号就转换为下图的电压信号输出，它可用光栅位移量x的余弦函数表示为 式中 U0——光电元件输出的电压信号； Um——输出信号中的最大交流电压信号； Uav——输出信号中的平均直流分量。;等栅距形成的莫尔条纹(θ≠0);;;;;; 根据上页的辨向光路设置及下页的辨向电路原理图，在相隔1/4BH的位置上设置两个光电元件1和2，得到两个相位差90°的电信号u1和u2，经整形放大后得到两个方波信号u’1和u’2。从波形对应关系可见： 当主光栅正向移动时，莫尔条纹向上移动，如图(a)(此时u1超前u2 90°)。 u’’1 是u’1反向后的方波。 u’1w和u’’1w是u’1和u’’1两方波经微分电路后的波形。对与门Y1，u’1w高电平时，u’2总处于低电平，故Y1输出为0；而对与门Y2，u’’1w高电平时，u’2处于高电平，故Y2有信号输出，使加减控制触发器置1，可逆计数器做加法计数。 当主光栅反向移动时，莫尔条纹向下移动，如图(b)(此时u2超前u1 90°)。 对与门Y1，u’1w高??平时，u’2总处于高电平，故Y1有输出；而对与门Y2，u’’1w高电平时，u’2却处于低电平，故Y2无输出值。此时使加减控制触发器置0，将控制可逆计数器做减法计数。 故u’2 的电平状态可作为与门的控制信号，来控制u’1 所产生的脉冲输出，从而可根据运动方向正确地给出加计数脉冲和减计数脉冲。;;辨向电路各点波形图;;;未细分(a)与四细分(b)的波形比较;;电阻电桥细分法用于10细分 ;; 光栅传感器常作为测量元件，用于机床定位、长度和角度的计量仪器中，并用于测量速度、加速度、振动等。由于其测量精度高、动态测量范围广、可进行非接触测量、易实现系统的自动化和数字化，故在机械工业中获得广泛应用。 下图为光栅式万能测长仪的工作原理图。主光栅采用透射式黑白振幅光栅，光栅栅距W＝0.01μm，指示光栅采用四裂相光栅。照明光源采用发光光谱为930nm～l000nm的红外发光二极管，接收用光电三极管，两光栅间的间隙为0.02nm～0.035mm。由于主光栅和指示光栅之间的透光和遮光效应，形成莫尔条纹，当两块光栅相对移动时，便可接收到周期性变化的光通量。利用四裂相指示光栅依次获得sin?、cos?、-sin?和-cos?四路原始信号，以满足辨向和消除共模电压的需要。;光栅式万能测长仪的工作原理图