光栅传感器优秀课件.ppt

4.5 光栅传感器; 光栅是在一块长条型（圆形）光学玻璃（或金 属）上均匀刻上许多宽度相等的刻线，形成透光与 不透光相间排列的光电器件。 栅线——光栅上的刻线，宽度a 缝隙宽度b 栅距w=a+b（也称光栅常数）;按原理和用途：物理光栅和计量光栅 物理光栅：刻线细密,利用光的衍射现象,主要用于光谱分析和光波长等量的测量。 计量光栅：主要利用莫尔现象实现长度、角度、速度、加速度、振动等几何量的测量。;按应用类型：长光栅和圆光栅;构成：主光栅 --- 标尺光栅，定光栅；指示光栅 --- 动光栅; 圆光栅：在圆盘玻璃上刻线，用来测量角度或角位移.;栅距;圆光栅分类： 根据栅线刻划的方向，圆光栅分三种： 径向光栅: 其栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心； 切向光栅: 其全部栅线与一个和光栅盘同心的直径只有零点儿或几个毫米的小圆相切; 环形光栅: 一簇等间距同心圆组成. 若按光线的走向，圆光栅只有透射光栅。;按栅线形式：黑白光栅和闪耀光栅 黑白光栅：利用照相复制工艺加工而成,其栅线 与缝隙为黑白相间结构； 相位光栅：横断面呈锯齿状,常用刻划工艺加工 而成。;4.5.1 光栅传感器的结构; 主光栅和指示光栅之间的距离d可根据光栅的栅距来选择。主光栅和指示光栅在平行光的照射下，形成莫尔条纹。主光栅的精度决定了整个装置的精度。光电元件把光栅形成的莫尔条纹的明暗强弱变化转换为电量输出，主要有光电池和光敏晶体管。;光电元件 ;光栅副：指示光栅＋主光栅 ;尺身;光栅的外形及结构;4.5.2.莫尔条纹的形成; 长光栅横向莫尔条纹;莫尔条纹演示;横向莫尔条纹：由于两光栅的栅线夹角θ 很小，条纹近似与栅线的方向垂直，故称为横向莫尔条纹。;横向莫尔条纹;4.5.3 莫尔条纹的特征;结论： θ越小, k越大，B越大。 例如：θ=0.1°， W=0.02mm时 θ=0.1°=0.1×2π/360=0ad 则：B=11.4592mm。;2. 可以进行细分，提高精度 莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信 号作进一步细分，即采用“倍频技术”。这样可以提高 测量精度或可以采用较粗的光栅。 ;（1）透射式光路;透射式长光栅;透射式圆光栅;（2）反射式光路;反射式光栅;4.5.5辨向原理;辨向光路设置;辨向电路;辨向电路各点波形图; 是元件1输出的波形，超前 90° 是元件2输出的波形； 是 波经整形放大后的脉冲方波； 是 波形经整形放大后的脉冲方波，仍超前 90°； 是 反相后得到的脉冲方波； 是 经微分电路后得到的脉冲波； 是 经微分电路后得到的脉冲波;4.5.6 细分技术; 电子细分：在一个栅距即一个莫尔条纹信号 变化周期内, 发出n个脉冲, 每个脉冲代表原来栅 距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高了n倍, 因 此也称之为n倍频法。 通常采用的电子细分方法有：直接细分和电阻 电桥细分、电阻链细分等。;1.直接细分; 四倍频细分 方案：在一个莫尔条纹宽度上并列放置四个光电元件，得到四个相差依次为π/2的电压信号；或在相差B/4位置上安放两个光电元件，得到两个相差π/2电压信号，将这两个信号整形、反相后得到四个依次相差π/2的电压信号。;相距B/4放置四个光电元件 ;细分前后比较;4.5.7 光栅传感器的应用;例: 光栅式万能测长仪;光源：红外发光二极管 主光栅：透射式黑白振幅光栅； 指示光栅：四裂相光栅，得到四路相位差依次为 π/2的原始信号； 光电元件：光电三极管 四路原始信号经差分放大器放大、移相电路分 相、整形电路整形、倍频电路细分、辩相电路辩相 后进入可逆计数器计数，由显示器显示读出。;光栅应用;光栅应用;光栅应用;光栅应用;光栅应用;光栅应用;光栅应用;长度计;光栅传感器的应用;数显表