光柵傳感器工作原理.ppt

光柵測量系統(tǒng),數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成,數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成,光柵數(shù)字式傳感器,光柵是由很多等節(jié)距的透光的縫隙或不透光的刻線均勻、相間排列而成的光電器件。,透射式,反射式,為光柵常數(shù)，也稱光柵柵距。,數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成,光柵的分類,按用途分,利用光的衍射現(xiàn)象，主要用于光譜分析、光波長測量。,利用莫爾條紋現(xiàn)象，主要用于長度、角度、速度、加速度、振動(dòng)等物理量的測量。,計(jì)量光柵,用于長度測量,用于角度測量,按光的走向,按柵線的形式,長光柵 - 直線位移 圓光柵 - 角位移,構(gòu)成： 主光柵 - 標(biāo)尺光柵，定光柵 指示光柵 - 動(dòng)光柵,長度 - 測量范圍； 刻線密度 - 測量精度 ( 10、25、50、100、125線/mm ),光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,光柵傳感器的結(jié)構(gòu),光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,光 路,光柵傳感器的結(jié)構(gòu),按運(yùn)動(dòng)形式分： 直線型-主光柵為直尺形直線移動(dòng) 旋轉(zhuǎn)型-主光柵為圓盤形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),按光學(xué)形式分： 透射式-光源與光電元件在兩側(cè)透射光 反射式-光源與光電元件同一側(cè)反射光,光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,光柵傳感器的結(jié)構(gòu),光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,光柵傳感器的工作原理,條紋寬度：,W-柵距， a-線寬， b-縫寬,W=a+b ，a=b=W/2,特例：當(dāng) =0, w1=w2 B= 光閘莫爾條紋 當(dāng) =0, w1w2 縱向莫爾條紋,莫爾條紋（Moire）,方向性：垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時(shí) 與光柵移動(dòng)方向垂直 同步性：光柵移動(dòng)一個(gè)柵距 莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)間距 方向?qū)?yīng) 放大性：夾角很小 BW 光學(xué)放大 提高靈敏度 可調(diào)性：夾角 條紋間距B 靈活 準(zhǔn)確性：大量刻線 誤差平均效應(yīng) 克服個(gè)別/局部誤差 提高精度,莫爾條紋（Moire）的特性,光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,光柵傳感器的工作原理,故 被測物體位移柵距脈沖數(shù),光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,光柵傳感器的工作原理,光柵傳感器特點(diǎn),精度高： 測長(0.2+210-6L)m， 測角0.1 量程大： 透射式-光柵尺長（米）， 反射式-幾十米 響應(yīng)快： 可用于動(dòng)態(tài)測量 增量式： 增量碼測量 計(jì)數(shù) 斷電數(shù)據(jù)消失 要求高： 對環(huán)境要求高溫度、 濕度、灰塵、振動(dòng)、 移動(dòng)精度 成本高： 電路復(fù)雜,光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理,光柵傳感器的工作原理,光柵傳感器的測量電路,信號,數(shù)字信號,光柵傳感器的測量電路,信號的形成與轉(zhuǎn)換,光柵傳感器的測量電路,信號的形成與轉(zhuǎn)換,標(biāo)尺光柵,指示光柵,假如移動(dòng)了一個(gè)柵距,得到四個(gè)信號：,光柵傳感器的測量電路,信號的形成與轉(zhuǎn)換,得到一對相位相差 的正交差分信號,光柵傳感器的測量電路,信號放大,可得到相位差分別為 ， ， 的正弦信號,光柵傳感器的測量電路,位移信號,光柵傳感器的測量電路,電阻鏈細(xì)分電路,設(shè) ， 。則,光柵傳感器的測量電路,五細(xì)分電路,光柵傳感器的測量電路,信號整形,正弦信號通過電壓比較器，整形為同周期的方波信號。,光柵傳感器的測量電路,五細(xì)分電路信號處理過程,得到十路方波信號，其相位依次相差,光柵傳感器的測量電路,五細(xì)分電路信號處理過程,信號相位每變化 就產(chǎn)生一個(gè)新的方波，所以得到5倍頻（細(xì)分）。,光柵傳感器的測量電路,五細(xì)分電路信號處理過程,得到五細(xì)分（倍頻）后的 ， 正交方波。,光柵傳感器的測量電路,五細(xì)分電路實(shí)現(xiàn)：,光柵傳感器的測量電路,四細(xì)分、判向邏輯,小結(jié)：,細(xì)分后的一個(gè)方波信號是原正弦信號按相位等分的五分一，因此，分辨率提高了五倍。 細(xì)分后的方波信號仍是一對正交方波信號。,光柵傳感器的測量電路,四細(xì)分、判向邏輯,關(guān)于正交方波信號的討論：,位移方向信息： 正向移動(dòng)時(shí)，A超前B； 反向移動(dòng)時(shí)，B超前A。,位移大小信息： 相位 。,正交方波信號的狀態(tài)變化規(guī)律：,結(jié)論： 正交方波信號的狀態(tài)變化規(guī)律為： 正向時(shí)00、10、11、01而反向時(shí)相反 一個(gè)方波狀態(tài)改變四次,光柵傳感器的測量電路,四細(xì)分、判向邏輯,四細(xì)分： 一個(gè)方波內(nèi)狀態(tài)改變四次，記錄下狀態(tài)改變的次數(shù)，則一個(gè)方波又按相位被細(xì)分為四等分。 判向： 根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的狀態(tài)，可以判斷出位移的方向。,因此，在整個(gè)位移過程中，我們只要記錄下信號狀態(tài)的變化次數(shù)，并在正向時(shí)做加計(jì)數(shù)，反向時(shí)做減計(jì)數(shù)。可得,脈沖當(dāng)量,柵距；,位移長度；,總計(jì)數(shù)值；,光柵傳感器的測量電路,結(jié)果顯示、打印,光柵柵距,脈沖當(dāng)量、最小分辨率均為,顯示數(shù)為,光柵傳感器的應(yīng)用,光柵傳感器的應(yīng)用,日本倉敷KBT-11WA臥式加工中心,光柵傳感器的應(yīng)用,思考與討論：,問題：怎樣制作一個(gè)簡易的長度、角度、速度測量系統(tǒng)？,3、兩光電管之間的距離是多少？怎么調(diào)節(jié)？,2、長度的最小分辨率怎么考慮？,1、角度的最小最少分辨率約