光柵式傳感器辯向

關(guān)于光柵式傳感器辯向什么是光柵在玻璃或者金屬上進(jìn)行刻畫，可以得到一系列密集刻線，這種具有周期性的刻線分布的光學(xué)元件稱為光柵。光柵也稱衍射光柵。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫(刻線)的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數(shù)量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵每個縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細(xì)的圖樣，這些銳細(xì)而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異，當(dāng)復(fù)色光通過光柵后，不同波長的譜線在不同的位置出現(xiàn)而形成光譜。光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果。第2頁,共27頁，2024年2月25日，星期天計量光柵的種類第3頁,共27頁，2024年2月25日，星期天莫爾條紋

計量光柵是利用光柵的莫爾條紋進(jìn)行精密測量的。莫爾條紋就是光柵式傳感器工作的原理。莫爾條紋通常是由兩塊光柵疊加形成的。第4頁,共27頁，2024年2月25日，星期天莫爾條紋原理圖在這些白色透光處兩光柵透光部分疊加所以形成了亮帶，而在黑色遮光處兩光柵不透光部分進(jìn)行疊加形成了暗帶。這種由光柵重疊形成的圖案稱為莫爾條紋。第5頁,共27頁，2024年2月25日，星期天長光柵莫爾條紋的周期為：其中：標(biāo)尺光柵也稱主光柵1的光柵常數(shù)；：指示光柵2的光柵常數(shù)；：兩光柵的夾角；第6頁,共27頁，2024年2月25日，星期天莫爾條紋重要的性質(zhì)1.運動的對應(yīng)關(guān)系當(dāng)主光柵向右邊運動一個柵距時，莫爾條紋向下移動一個條紋間距B。反之亦然。所以光柵傳感在測量時，可以根據(jù)莫爾條紋的移動量和移動方向判定光柵的位置量和位移方向。主光柵移動一個光柵距=指示光柵上一個莫爾周期。在主光柵移動時指示光柵上就會有上下移動的明暗相間的條紋，所以我們只要數(shù)出明暗相間的次數(shù)就可以知道莫爾條紋經(jīng)過了多少周期，從而在間接的推斷出主光柵移動了多少了光柵距離。第7頁,共27頁，2024年2月25日，星期天主光柵左右移動方向=指示光柵上下移動方向。指示光柵向上移動，主光柵則向坐移動，反之亦然。所以我們根據(jù)判定指示光柵上莫爾條紋的移動方向就可以判斷主光柵的移動方向了。2.位移的放大作用由于光柵角非常的小，根據(jù)公式可知：第8頁,共27頁，2024年2月25日，星期天盡管柵距很小，很難觀察，但是我們的莫爾條紋卻清晰可見。這非常有利于布置接受莫爾條紋信號的光電器件。第9頁,共27頁，2024年2月25日，星期天光柵式傳感器光柵式傳感器的基本工作原理是利用光柵的莫爾條紋進(jìn)行測量的。光柵傳感器一般由光源，標(biāo)尺光柵，指示光柵和光電器件組成，光電器件接受到的信號經(jīng)電路處理后可得到兩光柵的相對位移。光柵式傳感器有多種不同的光學(xué)系統(tǒng)，比較常見的就是透射式光柵傳感器和反射式光柵傳感器。第10頁,共27頁，2024年2月25日，星期天透射式光柵指示光柵四裂相第11頁,共27頁，2024年2月25日，星期天裂相光柵產(chǎn)生的4路信號由四組光柵裂相以得到相位差依次為的四路信號。第12頁,共27頁，2024年2月25日，星期天去直流處理由于公式里含有直流信號，不方便信號的處理分析，所以要去掉直流信號。由公式可知兩兩對應(yīng)相減，即可消除信號中的直流電平。得到：第13頁,共27頁，2024年2月25日，星期天辯向原理圖第14頁,共27頁，2024年2月25日，星期天辨

向

波

形圖第15頁,共27頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共27頁，2024年2月25日，星期天細(xì)分電路為什么要使用細(xì)分電路光柵數(shù)字傳感器的測量分辨率等于一個柵距。但是在精密儀器中需要測量更精密的的位移。提高精確度的方法：1增加刻線密度減小柵距2采用細(xì)分技術(shù)，如直接細(xì)分，電橋細(xì)分，鎖相細(xì)分，調(diào)制信號細(xì)分，軟件細(xì)分等第17頁,共27頁，2024年2月25日，星期天細(xì)分原理圖第18頁,共27頁，2024年2月25日，星期天細(xì)分波形圖第19頁,共27頁，2024年2月25日，星期天反射式光柵第20頁,共27頁，2024年2月25日，星期天光柵傳感器的特點精度高，分辨率高。光柵在圓分度和角位移連續(xù)測量方面，光柵式傳感器屬于高精度的。但是他不適合于大量程長度測量。可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)測量及數(shù)據(jù)處理的自動化。具有較強(qiáng)的抗干擾能力。但是油污和灰塵會影響他的可靠性，適用于環(huán)境較好的實驗室或車間。第21頁,共27頁，2024年2月25日，星期天光柵式傳感器應(yīng)用主要應(yīng)用在精密測量長度，角位移中。此外還應(yīng)用在測量振動，速度，應(yīng)力應(yīng)變等機(jī)械測量中。第22頁,共27頁，2024年2月25日，星期天光學(xué)編碼器定義：它是一種絕對碼測量系統(tǒng)，即顯示的位置數(shù)值與編碼器的位置一一對應(yīng)。它是位置的對應(yīng)而不是累加脈沖的結(jié)果，所以掉電也不會有影響。編碼器的分類：1直線型（碼尺）2選轉(zhuǎn)型（碼盤）第23頁,共27頁，2024年2月25日，星期天碼盤原理：絕對編碼器是通過讀取編碼盤上的圖案來表示軸的轉(zhuǎn)角位置。通過“１”和“０”的二進(jìn)制編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。

第24頁,共27頁，2024年2月25日，星期天圖中棕色的為不透光部分為1，相反白色是透光部分為0.所以圓盤的每一側(cè)都可以用一組二進(jìn)制唯一對應(yīng)。在內(nèi)環(huán)的二進(jìn)制為高位。如圖A處唯一對應(yīng)的二進(jìn)制就是1000.圖中是四位的循環(huán)碼碼盤，它有種編碼，最小分辨率為。第25頁,共27頁，2024年2月25日，星期天絕對編碼器特點：1可以直接讀出長度或角度坐標(biāo)的絕對值。2沒有累積誤差。