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光栅式传感器 PPT课件

作者:必发88游戏登录 来源:必发88官网游戏 日期: 2022-04-13 21:02:08 人气: - 评论: 1

  一、光栅的种类和结构 二、光栅传感器的构成 三、莫尔条纹的形成原理及特点 四、莫尔条纹测量位移 五、细分技术 六、辨向技术

  光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一 种脉冲输出数字式传感器,它广泛应用于数控 机床等闭环系统的线位移和角位移的自动检测 以及精密测量方面,测量精度可达几微米。只 要能够转换成位移的物理量,如速度、加速度、 振动、变形等,均可测量。

  黑白透射直线光栅是在镀有铝箔的光学玻璃上,均 匀地刻上许多明暗相间,宽度相同的透光线,称为栅线。 设栅线宽为a,线间缝宽为b,a+b=W称为光栅节距(栅距)。

  通常a=b;光栅的精度越高,栅距W就越小;一般栅距可 由刻线、光栅副:指示光栅+主光栅

  对于线位移测量,两块光栅长短不等,长的随运动部件移 动,称为标尺光栅,短的固定安放,称指示光栅;而测量角 位移时,一块圆光栅固定,另一块随转动部件转动。

  光栅传感器由光源、透镜、 光栅副(主光栅和指示光 栅)和光电接收元件组成。

  当两块光栅互相靠近且 沿刻线方向保持有一个夹角 θ时,两块光栅的暗条与亮 条重合的地方,使光线透不 过去,形成一条暗带 ;而亮 条与亮条重合的地方,部分 光线得以通过,形成一条亮 带 。这种亮带与暗带形成的 条纹称为莫尔条纹。

  当主光栅沿栅线垂直方向移动时,莫尔条纹沿着 夹角θ平分线(近似平行于栅线莫尔条纹和光栅移动方向与夹角转向之间的关系

  放大倍数可通过改变θ角连续变化,从而获得任 意粗细的莫尔条纹,即光栅具有连续变倍的作用。

  光栅每移过一个栅距W,莫尔条纹就移过一 个间距B。通过测量莫尔条纹移过的数目,即可 得出光栅的位移量。

  在实际装置中常将光源、计量光栅、光电 转换和前置放大组合在一起构成传感器(光栅 读数头);将具有细分辨向的差补器、计数器 和由步进电机、打印机或绘图机等组成的受控 装置装在一个箱内,常称为数字显示器。

  当使用一个光电池通过判断信号周期的方法来 进行位移测量时,最小分辨力为1个栅距。为了提高 测量的精度,提高分辨力,可使栅距减小,即增加 刻线密度。另一种方法是在双光电元件的基础上, 经过信号调节环节对信号进行细分.

  个依次相距的光电元件,在莫尔条纹的一个周期内 将产生4个计数脉冲,实现了四细分。如图5-5-4所 示。

  ? 优点:对莫尔条纹信号波形要求不严格,电路 简单,可用于静态和动态测量系统。

  图5-5-5 光栅传感器电流型输出信号 (a)正弦信号;(b)整形后的信号;(c)5倍频处理后的信号

  如果传感器只安装一套光电元件,则在实际应用中, 无论光栅作正向移动还是反向移动,光敏元件都产生相 同的正弦信号,无法分辨位移的方向。

  ?如果能够在物体正向移动时,将得到的脉冲 数累加,而物体反向移动时可从已累加的脉冲 数中减去反向移动的脉冲数,这样就能得到正 确的测量结果。

  在相距的位置上设置两个光电元件1和2, 以得到两个相位互差90°的正弦信号。

  正向移动时脉冲数累加,反向移动时,便从累加的脉冲数中 减去反向移动所得到的脉冲数,这样光栅传感器就可辨向。

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