光柵傳感器的辨向

1、導彈傳感與檢測技術 光柵數(shù)字傳感器光柵數(shù)字傳感器導彈傳感與檢測技術 2021-10-26一、一、光柵的結構和分類光柵的結構和分類1.1.光柵的結構光柵的結構 光柵是在一塊長條型（圓形）光學玻璃（或光柵是在一塊長條型（圓形）光學玻璃（或金屬）上均勻刻上許多寬度相等的刻線，形成透金屬）上均勻刻上許多寬度相等的刻線，形成透光與不透光相間排列的光與不透光相間排列的光電器件光電器件。 柵線柵線光柵上的刻線，寬度光柵上的刻線，寬度a a 縫隙寬度縫隙寬度b b 柵距柵距w=a+bw=a+b（也稱光柵常數(shù)）（也稱光柵常數(shù)）導彈傳感與檢測技術 導彈傳感與檢測技術 2021-10-262 2、分類、分類 按原理

2、和用途：物理光柵和按原理和用途：物理光柵和計量光柵計量光柵物理光柵：刻線細密物理光柵：刻線細密, ,利用光的衍射現(xiàn)象利用光的衍射現(xiàn)象, ,主主要用于光譜分析和光波長等量的測量。要用于光譜分析和光波長等量的測量。計量光柵：主要利用莫爾現(xiàn)象實現(xiàn)長度、角計量光柵：主要利用莫爾現(xiàn)象實現(xiàn)長度、角度、速度、加速度、振動等幾何量的測量。度、速度、加速度、振動等幾何量的測量。導彈傳感與檢測技術 2021-10-262 2、分類、分類 按光的走向按光的走向：透射式（玻璃）透射式（玻璃）和反射式（金屬）和反射式（金屬）透射式光柵：刻劃基面采用玻璃材料透射式光柵：刻劃基面采用玻璃材料反射式光柵：刻劃基面采用金屬材料

3、反射式光柵：刻劃基面采用金屬材料 按柵線形式按柵線形式：黑白光柵（幅值光柵）和閃耀光柵（相位光：黑白光柵（幅值光柵）和閃耀光柵（相位光柵）柵）黑白光柵：利用照相復制工藝加工而成黑白光柵：利用照相復制工藝加工而成, ,其柵線與縫隙其柵線與縫隙為黑白相間結構；為黑白相間結構；相位光柵：橫斷面呈鋸齒狀相位光柵：橫斷面呈鋸齒狀, ,常用刻劃工藝加工而成。常用刻劃工藝加工而成。導彈傳感與檢測技術 2021-10-262 2、分類、分類 按按應用應用類型：長光柵和圓光柵類型：長光柵和圓光柵 長光柵：刻劃在玻璃尺上的光柵，也稱為光柵尺，長光柵：刻劃在玻璃尺上的光柵，也稱為光柵尺，刻線相互平行；用于測量刻線相

4、互平行；用于測量長度或線位移長度或線位移導彈傳感與檢測技術 2021-10-26構成：主光柵構成：主光柵 - 標尺光柵，定光柵；指示光柵標尺光柵，定光柵；指示光柵 - 動光柵動光柵長度長度 - 測量范圍；刻線密度測量范圍；刻線密度 - 測量精度測量精度 ( 10、25、50、100、125線線/mm )導彈傳感與檢測技術 2021-10-26 圓光柵：在圓盤玻璃上刻線，用來測量角度或角位移圓光柵：在圓盤玻璃上刻線，用來測量角度或角位移. .wab放 大(a) 長 光 柵(b) 圓 光 柵放 大wab導彈傳感與檢測技術 2021-10-26柵距柵距柵線寬度柵線寬度縫隙寬度縫隙寬度柵距角柵距角導彈

5、傳感與檢測技術 2021-10-26圓光柵分類：圓光柵分類：根據(jù)根據(jù)柵線刻劃的方向柵線刻劃的方向，圓光柵分三種：，圓光柵分三種： 徑向光柵徑向光柵: 其柵線的延長線全部通過光柵盤的圓心；其柵線的延長線全部通過光柵盤的圓心； 切向光柵切向光柵: 其全部柵線與一個和光柵盤同心的直徑只其全部柵線與一個和光柵盤同心的直徑只有零點兒或幾個毫米的小圓相切有零點兒或幾個毫米的小圓相切; 環(huán)形光柵環(huán)形光柵: 一簇等間距同心圓組成一簇等間距同心圓組成.若按若按光線的走向光線的走向，圓光柵只有透射光柵。，圓光柵只有透射光柵。導彈傳感與檢測技術 2021-10-26(a) 徑向光柵(b) 切向光柵(c) 環(huán)形光柵導

6、彈傳感與檢測技術 2021-10-263.3.莫爾條紋莫爾條紋1).1).莫爾條紋的形成莫爾條紋的形成 如果把兩塊如果把兩塊柵距柵距W相等相等的光柵面的光柵面平行安裝平行安裝，且且指示光柵和主光柵的刻線相交一個微小的夾指示光柵和主光柵的刻線相交一個微小的夾角角時時, , 光源照射光柵尺，由于擋光效應，兩塊光源照射光柵尺，由于擋光效應，兩塊光柵刻線的光柵刻線的相交處形成暗帶相交處形成暗帶，而在，而在刻線彼此錯刻線彼此錯開處形成亮帶開處形成亮帶。在與光柵線紋大致垂直的方向。在與光柵線紋大致垂直的方向上上, , 產(chǎn)生出亮暗相間的條紋產(chǎn)生出亮暗相間的條紋, , 這些條紋稱為這些條紋稱為“莫爾條紋莫爾條

7、紋”。導彈傳感與檢測技術 f ff f線區(qū)則是由線區(qū)則是由于于光柵的遮光效光柵的遮光效應應形成的。形成的。 莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過而形成的亮莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過而形成的亮帶，它由帶，它由一系列四棱形圖案組成一系列四棱形圖案組成，d dd d線區(qū)所示。線區(qū)所示。導彈傳感與檢測技術 長光柵莫爾條紋長光柵莫爾條紋主光柵主光柵指示光柵指示光柵導彈傳感與檢測技術 2021-10-26 長光柵橫向莫爾條紋長光柵橫向莫爾條紋導彈傳感與檢測技術 2021-10-26橫向莫爾條紋：橫向莫爾條紋：由于兩光柵的柵線夾角由于兩光柵的柵線夾角 很小，條很小，條紋近似與柵線的方向垂直，故稱為紋近似與

8、柵線的方向垂直，故稱為橫向莫爾條紋橫向莫爾條紋?？v向莫爾條紋：縱向莫爾條紋：當柵線的夾角當柵線的夾角0，且兩光柵柵距不且兩光柵柵距不等時產(chǎn)生的莫等時產(chǎn)生的莫爾條紋爾條紋。光閘莫爾條紋：光閘莫爾條紋：當柵線的夾角當柵線的夾角0, 且兩光柵柵距相且兩光柵柵距相等時等時產(chǎn)生的莫爾條紋。產(chǎn)生的莫爾條紋。導彈傳感與檢測技術 2021-10-26橫向莫爾條紋橫向莫爾條紋光閘莫爾條紋光閘莫爾條紋 縱向莫爾條紋縱向莫爾條紋導彈傳感與檢測技術 當光柵每移動一個當光柵每移動一個光柵柵距光柵柵距W W時，莫時，莫爾條紋也跟著移動爾條紋也跟著移動一個條紋寬度一個條紋寬度B B。2) 2) 莫爾條紋的特征莫爾條紋的特征

9、、位移放大作用、位移放大作用導彈傳感與檢測技術 2021-10-262) 2) 莫爾條紋的特征莫爾條紋的特征、位移放大作用、位移放大作用2sin2WWB相鄰兩條莫爾條紋間距相鄰兩條莫爾條紋間距B B與柵距與柵距w w及兩光柵夾角及兩光柵夾角的關系為：的關系為：導彈傳感與檢測技術 2021-10-261WBBkW結論：結論： 越小越小, k, k越大，越大，B B越大。越大。例如：例如：=0.1=0.1， W=0.02mmW=0.02mm時時 =0.1=0.1=0.1=0.12/360=0.00175432rad2/360=0.00175432rad 則：則：B=11.4592mmB=11.45

10、92mm。莫爾條紋間距放大了光柵間距，令莫爾條紋間距放大了光柵間距，令k k為放大系數(shù)，為放大系數(shù)，則：則：導彈傳感與檢測技術 2sin2WWB 越小，越小，B越大，這相當于把柵距越大，這相當于把柵距W放大大了放大大了1/倍。例如倍。例如=0.1，則，則1/573，即莫爾條紋寬度，即莫爾條紋寬度B是柵距是柵距W的的573倍，倍， 這相當于把柵距放大了這相當于把柵距放大了573倍，倍，說明說明光柵具有位移放大作用光柵具有位移放大作用， 從而提從而提高了測量的靈敏度。高了測量的靈敏度。 導彈傳感與檢測技術 2021-10-26、運動對應關系、運動對應關系 通過莫爾條紋的運動特性判別光柵的運動特性通

11、過莫爾條紋的運動特性判別光柵的運動特性光柵移動一個柵距，莫爾條紋移動一個條紋間隔；光柵移動一個柵距，莫爾條紋移動一個條紋間隔；光柵改變運動方向，莫爾條紋隨之改變運動方向。光柵改變運動方向，莫爾條紋隨之改變運動方向。當移動的刻線數(shù)當移動的刻線數(shù)i和角度和角度一定時，莫爾條紋間距一定時，莫爾條紋間距B B與移動距離與移動距離x成正比，即：成正比，即： /Wx ixBi導彈傳感與檢測技術 2021-10-26 誤差的平均效應誤差的平均效應 光電元件對光柵的柵距誤差具有平均光電元件對光柵的柵距誤差具有平均消差消差作用。作用。u莫爾條紋由光柵的大量刻線形成莫爾條紋由光柵的大量刻線形成, , 幾條刻線的柵

12、幾條刻線的柵距誤差或斷裂對莫爾條紋的位置和形狀影響甚微。距誤差或斷裂對莫爾條紋的位置和形狀影響甚微。能在很大程度上能在很大程度上消除短周期誤差消除短周期誤差的影響。的影響。 莫爾條紋（莫爾條紋（Moire） 條紋寬度：條紋寬度： WWB)2/sin(2W-柵距，柵距， a-線寬，線寬， b-縫寬縫寬W=a+b ，a=b=W/2 特例：當特例：當 =0, w1=w2 B= 光閘莫爾條紋光閘莫爾條紋 當當 =0, w1w2 縱向莫爾條紋縱向莫爾條紋均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動1k播放中播放中圓弧莫爾條紋單擊準備演示單擊準備演示播放動畫播放動畫莫爾條紋動畫光閘莫爾條紋播放動畫播

13、放動畫播放中播放中環(huán)形莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中單擊準備演示單擊準備演示單擊準備演示單擊準備演示輻射形莫爾條紋播放動畫播放動畫長光柵莫爾條紋播放動畫播放動畫長光柵光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫(1) 莫爾條紋的移動方向：當指示光柵不動，主光柵左右平移時，莫爾條紋將沿著指示柵線的方向上下移動。查看莫爾條紋的上下移動方向，即可確定主光柵左右移動方向。(2) 位移的放大作用：當主光柵沿與刻線垂直方向移動一個柵距W時，莫爾條紋移動一個條紋間距B。當兩個等距光柵的柵間夾角較小時，主光柵移動一個柵距W，莫爾條紋移動KW距離，K為莫爾條紋的放大系數(shù)： 結論：莫爾條紋測位移具有三個特點結論：莫爾條紋測

14、位移具有三個特點1/WBK條紋間距與柵距的關系為 ：WB 當角較小時，例如=30，則K=115，表明莫爾條紋的放大倍數(shù)相當大。 這樣，可把肉眼看不見的光柵位移變成為清晰可見的莫爾條紋移動，可以用測量條紋的移動來檢測光柵的位移。從而實現(xiàn)高靈敏的位移測量。(3) 誤差的平均效應：莫爾條紋具有平均光柵誤差的作用 分辨力分辨力 =W =1/50=0.02mm=20 m 放大倍數(shù)放大倍數(shù)1/= 1/(1.8 3.14/180 ) 31.83 莫爾條紋的寬度莫爾條紋的寬度 L=W/0.637 mm 例：例：一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，主光柵與指示，主光柵與指示光柵的夾角光柵的

15、夾角= 1.8 ，分辨力、放大倍數(shù)、莫爾條紋的寬，分辨力、放大倍數(shù)、莫爾條紋的寬度分別為多少？度分別為多少？導彈傳感與檢測技術 2021-10-26光柵傳感器由主光柵、指示光柵、光源和光光柵傳感器由主光柵、指示光柵、光源和光電器件組成。電器件組成。工作原理：工作原理： 利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象實現(xiàn)幾何量的測利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象實現(xiàn)幾何量的測量量：光柵的相對移動使光柵的相對移動使透射光強度透射光強度呈周期性呈周期性變化，光電元件把這種光強信號變?yōu)橹芷谛宰兓?，光電元件把這種光強信號變?yōu)橹芷谛宰兓淖兓碾娦盘栯娦盘枺呻娦盘柕淖兓纯色@得光，由電信號的變化即可獲得光柵的相對移動量。柵的相對移動量。

16、二、二、 光柵傳感器的工作原理光柵傳感器的工作原理導彈傳感與檢測技術 2021-10-26特點：特點： 數(shù)字式傳感器：數(shù)字式傳感器：能把被測的模擬量能把被測的模擬量直接直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳換成數(shù)字量。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器抗干擾能力強感器抗干擾能力強, ,穩(wěn)定性強穩(wěn)定性強; ;易于微機接口易于微機接口, ,便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量。便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量。二、二、 光柵傳感器的工作原理光柵傳感器的工作原理導彈傳感與檢測技術 透鏡透鏡光柵副光柵副光電元件光電元件光源光源1 1、裝置結構、裝置結構導彈傳感與檢測技術 2021-10-261 1、光電轉(zhuǎn)換原

17、理、光電轉(zhuǎn)換原理 1 1光源；光源；2 2聚光鏡；聚光鏡；3 3光柵主尺；光柵主尺；4 4指示光柵；指示光柵；5 5光敏元件；光敏元件；6 6莫爾條紋；莫爾條紋；7 7光強分布光強分布 導彈傳感與檢測技術 2021-10-26主光柵主光柵固定在被測物體上，它隨被測物體的固定在被測物體上，它隨被測物體的直線位移而產(chǎn)生移動，其長度取決于測量范直線位移而產(chǎn)生移動，其長度取決于測量范圍，指示光柵相對于光電元件固定。當主光圍，指示光柵相對于光電元件固定。當主光柵產(chǎn)生位移時，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移。柵產(chǎn)生位移時，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移。用光電器件用光電器件記錄莫爾條紋通過某點的數(shù)目，記錄莫爾條紋通過某點的

18、數(shù)目，可知主光柵移動的距離，也就測得了被測物可知主光柵移動的距離，也就測得了被測物體的位移量。體的位移量。導彈傳感與檢測技術 W條紋間距條紋間距導彈傳感與檢測技術 W條紋間距條紋間距光電元件光電元件W如何測量微小位移量？如何測量微小位移量？ 光電元件光電元件光電元件感受光電元件感受的光強變化是的光強變化是否明顯？否明顯？ 導彈傳感與檢測技術 2021-10-26傳感器原理及應用1、光閘莫爾條紋光電轉(zhuǎn)換原理、光閘莫爾條紋光電轉(zhuǎn)換原理理想情況：理想情況：三角形三角形導彈傳感與檢測技術 莫爾條紋是一個明暗相間的帶。從圖中可莫爾條紋是一個明暗相間的帶。從圖中可看出，兩條暗帶中心線之間的光強變化是從看出

19、，兩條暗帶中心線之間的光強變化是從最暗到漸暗，到漸亮，一直到最亮，又從最最暗到漸暗，到漸亮，一直到最亮，又從最亮經(jīng)漸亮到漸暗，亮經(jīng)漸亮到漸暗， 再到最暗的漸變過程。再到最暗的漸變過程。 主光柵移動一個柵距主光柵移動一個柵距W，光強變化一個周期，光強變化一個周期，若用光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變?nèi)粲霉怆娫邮漳獱枟l紋移動時光強的變化，則將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，接近于正弦化，則將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，接近于正弦周期函數(shù)。周期函數(shù)。導彈傳感與檢測技術 輸出電壓uoUmUoabcdefg位移 x正最大負最大正最大光柵位移與光強、輸出電壓的關系光柵位移與光強、輸出電壓的關系導彈傳感與檢測技術 202

20、1-10-260022cos()cos , ()WmmUUUxUUxW2 2、光閘莫爾條紋測量位移原理、光閘莫爾條紋測量位移原理 當光電元件當光電元件5 5接收到明暗相間的正弦信號時接收到明暗相間的正弦信號時, ,根據(jù)根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。當主光柵移動光電轉(zhuǎn)換原理將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。當主光柵移動一個柵距一個柵距w w時時, ,電信號則變化了一個周期。光電元件輸電信號則變化了一個周期。光電元件輸出波形為：出波形為：直流分量直流分量交流分量交流分量光柵相對光柵相對位移量位移量導彈傳感與檢測技術 2021-10-26 當波形重復到當波形重復到原來的相位和幅原來的相位和幅值時值時,

21、,相當于光柵相當于光柵移動了一個柵距移動了一個柵距w,w,如果光柵相對位如果光柵相對位移了移了N N個柵距個柵距, ,此此時位移時位移x=NWx=NW。 因此因此, ,只要能記只要能記錄移動過的莫爾錄移動過的莫爾條紋數(shù)條紋數(shù)N,N,就可以就可以知道光柵的位移知道光柵的位移量量x x值。這就是值。這就是利利用光閘莫爾條紋用光閘莫爾條紋測量位移的原理。測量位移的原理。導彈傳感與檢測技術 2021-10-26三、辨向原理及辨向電路三、辨向原理及辨向電路1 1、辨向的原因、辨向的原因 當指示光柵無論向前或向后移動時，在當指示光柵無論向前或向后移動時，在一固定點安裝的光電元件只能接收到莫爾條一固定點安裝

22、的光電元件只能接收到莫爾條紋明暗交替的變化，后面的數(shù)字電路都將發(fā)紋明暗交替的變化，后面的數(shù)字電路都將發(fā)生同樣的計數(shù)脈沖，從而無法辨別光柵移動生同樣的計數(shù)脈沖，從而無法辨別光柵移動的方向，也不能正確測量出有往復移動時位的方向，也不能正確測量出有往復移動時位移的大小。因而必須在測量電路中加入辨向移的大小。因而必須在測量電路中加入辨向電路。電路。導彈傳感與檢測技術 2021-10-262 2、辨向原理與辨向電路、辨向原理與辨向電路 為辨別主光柵的移動方向為辨別主光柵的移動方向,需要有兩個具有相差需要有兩個具有相差的莫爾條紋信號同時輸入來辨別移動方向的莫爾條紋信號同時輸入來辨別移動方向,且兩個且兩個莫

23、爾條紋信號相差莫爾條紋信號相差90相位。相位。 實現(xiàn)的方法是在相隔實現(xiàn)的方法是在相隔B/4條紋間隔的位置上安裝條紋間隔的位置上安裝兩只光敏元件兩只光敏元件,當莫爾條紋移動時兩個狹縫的亮度當莫爾條紋移動時兩個狹縫的亮度變化規(guī)律完全一樣變化規(guī)律完全一樣,相位相差相位相差/2。滯后還是超前完。滯后還是超前完全取決于光柵的運動方向。這種區(qū)別運動方向的全取決于光柵的運動方向。這種區(qū)別運動方向的方法稱為方法稱為位置細分辨向原理位置細分辨向原理。導彈傳感與檢測技術 2021-10-26圖7.5 辨向原理 M1M2莫爾條紋ACBDBB4導彈傳感與檢測技術 Lu1u2L/4導彈傳感與檢測技術 導彈傳感與檢測技術

24、 導彈傳感與檢測技術 導彈傳感與檢測技術 導彈傳感與檢測技術 導彈傳感與檢測技術 1 1、2 2光電元件；光電元件；3 3指示光柵；指示光柵；4 4莫爾條紋；莫爾條紋； A A光柵移動方向；光柵移動方向；B B莫爾條紋移動方向；莫爾條紋移動方向； U01U01元件元件AB(1)AB(1)對應的輸出電壓；對應的輸出電壓； U02U02元件元件CD(2)CD(2)對應的輸出電壓；對應的輸出電壓；u1u2微微分分微微分分反反相相Y1Y2加法脈沖加法脈沖減法脈沖減法脈沖整形整形放大放大整形整形放大放大u1u2u1u2導彈傳感與檢測技術 2021-10-26 AB與與CD兩個狹縫在結構上相差兩個狹縫在結

25、構上相差/2,所以它們所以它們在光電元件上取得的信號必是相差在光電元件上取得的信號必是相差/2。 AB為主信號為主信號,CD為門控信號。為門控信號。 當主光柵作正向運動時當主光柵作正向運動時,CD產(chǎn)生的信號只允產(chǎn)生的信號只允許許AB產(chǎn)生的正脈沖通過產(chǎn)生的正脈沖通過,門電路在可逆計數(shù)門電路在可逆計數(shù)器中作加法運算；器中作加法運算； 當主光柵作反方向移動時當主光柵作反方向移動時,則則CD產(chǎn)生的負值產(chǎn)生的負值信號只讓信號只讓AB產(chǎn)生的負脈沖通過產(chǎn)生的負脈沖通過,門電路在可門電路在可逆計數(shù)器中作減法運算。逆計數(shù)器中作減法運算。導彈傳感與檢測技術 2021-10-26 U1和和U2經(jīng)過整形后得兩個方波信

26、號經(jīng)過整形后得兩個方波信號U1和和U2 。 U1產(chǎn)生計數(shù)脈沖，產(chǎn)生計數(shù)脈沖，U2的電平狀態(tài)作為與門的控的電平狀態(tài)作為與門的控制信號制信號, 來控制在不同的移動方向時來控制在不同的移動方向時, U1所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的脈沖輸出路線。這樣就可以根據(jù)運動方向正確的給脈沖輸出路線。這樣就可以根據(jù)運動方向正確的給出加計數(shù)脈沖或減計數(shù)脈沖出加計數(shù)脈沖或減計數(shù)脈沖, 再將其輸入可逆計數(shù)器再將其輸入可逆計數(shù)器, 實時顯示出相對于某個參考點的位移量。實時顯示出相對于某個參考點的位移量。 整形整形放大放大u1u2u2u1微微分分微微分分反反相相Y1Y2加法脈沖加法脈沖減法脈沖減法脈沖u1u1fu1f正向移動時正向移動

27、時u1整形整形放大放大u2u2整形整形放大放大u1u2u2u1微微分分微微分分反反相相Y1Y2加法脈沖加法脈沖減法脈沖減法脈沖u1u1fu1fu1整形整形放大放大u2u2正向移動時正向移動時u1u2u2u1fu1整形整形放大放大微微分分微微分分反反相相Y1Y2加法脈沖加法脈沖減法脈沖減法脈沖u1u1fu1整形整形放大放大u2u2反向移動時反向移動時微微分分微微分分反反相相Y1Y2加法脈沖加法脈沖減法脈沖減法脈沖整形整形放大放大整形整形放大放大u1u2u1u2導彈傳感與檢測技術 2021-10-26當光柵沿當光柵沿A向移動時向移動時,莫爾條紋向莫爾條紋向B向移動。向移動。 U2超前超前U1 90

28、。U1經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖（如圖中實經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖（如圖中實線所示）正好發(fā)生在線所示）正好發(fā)生在U2的的“1”電平時電平時, 從而經(jīng)從而經(jīng)Y1輸輸出一個加計數(shù)脈沖出一個加計數(shù)脈沖; 而而U1經(jīng)反相并微分后產(chǎn)生的脈經(jīng)反相并微分后產(chǎn)生的脈沖（如圖中虛線所示）則與沖（如圖中虛線所示）則與U2的的“0”電平相遇電平相遇, 與與門門Y2被阻塞被阻塞, 無脈沖輸出。無脈沖輸出。 當光柵沿當光柵沿A反方向移動時反方向移動時, 莫爾條紋向莫爾條紋向B反向移動。反向移動。U1超前超前U290。U1的微分脈沖發(fā)生在的微分脈沖發(fā)生在U2為為“0”電平電平時時, 與門與門Y1無脈沖輸出無脈沖輸出; 而而U1

29、的反相微分脈沖則發(fā)生的反相微分脈沖則發(fā)生在在U2的的“1”電平時電平時, 與門與門Y2輸出一個輸出一個減計數(shù)脈沖減計數(shù)脈沖。 導彈傳感與檢測技術 2021-10-26四、四、 莫爾條紋細分技術莫爾條紋細分技術 目的目的：提高分辨力（測量更小的位移量）。：提高分辨力（測量更小的位移量）。 細分方法細分方法： 1.1.增加光柵刻線密度；增加光柵刻線密度； 2.2.電子細分；電子細分； 3.3.機械和光學細分。機械和光學細分。導彈傳感與檢測技術 2021-10-26電子細分電子細分：在一個柵距即一個莫爾條紋信號變化周：在一個柵距即一個莫爾條紋信號變化周期內(nèi)期內(nèi), , 發(fā)出發(fā)出n n個脈沖個脈沖, ,

30、 每個脈沖代表原來柵距的每個脈沖代表原來柵距的1/n1/n。由于細分后計數(shù)脈沖頻率提高了。由于細分后計數(shù)脈沖頻率提高了n n倍倍, , 因此因此也稱之為也稱之為n n倍頻法。倍頻法。通常采用的電子細分方法有：通常采用的電子細分方法有：四倍頻細分和電橋細四倍頻細分和電橋細分分等。等。導彈傳感與檢測技術 2021-10-261. 1. 四倍頻細分四倍頻細分 方案：方案：在一個莫爾條紋寬度上并列放置在一個莫爾條紋寬度上并列放置四個四個光電光電元件，得到四個相差依次為元件，得到四個相差依次為/2/2的電壓信號；或在的電壓信號；或在相差相差B/4B/4位置上安放兩個光電元件，得到兩個相差位置上安放兩個光

31、電元件，得到兩個相差/2/2電壓信號，將這兩個信號整形、反相后得到四電壓信號，將這兩個信號整形、反相后得到四個依次相差個依次相差/2/2的電壓信號。的電壓信號。 在光柵作相對運動時，經(jīng)過微分電路，在正向運在光柵作相對運動時，經(jīng)過微分電路，在正向運動時，得到四個微分脈沖（加計數(shù)脈沖）；反向運動時，得到四個微分脈沖（加計數(shù)脈沖）；反向運動時，得到四個微分脈沖（減計數(shù)脈沖）。動時，得到四個微分脈沖（減計數(shù)脈沖）。導彈傳感與檢測技術 采用電路的采用電路的手段對周期手段對周期性的測量信性的測量信號進行插值，號進行插值，以提高分辨以提高分辨率。率。u1L導彈傳感與檢測技術 用鑒頻器鑒用鑒頻器鑒取四個信號取

32、四個信號的零電平，的零電平，當每個信號當每個信號從負到正過從負到正過零點時發(fā)一零點時發(fā)一個計數(shù)脈沖個計數(shù)脈沖L導彈傳感與檢測技術 2021-10-26相距相距B/4B/4放置四個光電元件放置四個光電元件 導彈傳感與檢測技術 2021-10-26五、五、 光柵傳感器的光學系統(tǒng)光柵傳感器的光學系統(tǒng)組成組成：光源、透鏡、光柵、光敏元件：光源、透鏡、光柵、光敏元件光源光源：白熾燈或其它發(fā)光元件；：白熾燈或其它發(fā)光元件；透鏡透鏡：把光線變成平行光束照射在光尺上；：把光線變成平行光束照射在光尺上；光敏元件光敏元件：輸出電壓信號；：輸出電壓信號；形式形式：透射直讀式、反射直讀式、反射積分式等：透射直讀式、反射直讀式、反射積分式等導彈傳感與檢測技術 尺身尺身尺身安裝孔尺身安裝孔 反射式掃描頭反射式掃描頭 （與移動部件固定）（與移動部件固定）掃描頭安裝孔掃描頭安裝孔可移動電纜可移動電纜防塵保護罩的內(nèi)部為長光柵防塵保護罩的內(nèi)部為長光柵1 1、光柵的外形及結構、光柵的外形及結構導彈傳感與檢測技術 掃描頭掃描頭（與移動部件固定）（與移動部件固定）光柵尺光柵尺可移動電纜可移動電纜導彈傳感與檢測技術 2021-10-2