第六章 第三节 光 栅.doc

第三节 光 栅 在玻璃（或金属）上进行刻划，可得到一系列密集刻线，这种具有周期性的刻线分布的光学元件称为光栅。 光栅有如下特点： 1）精度高 精度可达0.1m。 （在大量程测量长度或直线位移方面仅次于激光干涉传感器；在圆分度和角位移连续测量方面精度最高） 2）大量程测量兼有高分辨率 （感应同步器和磁栅也具有大量程测量的特点，但分辨率和精度均不如光栅）3）抗干扰能力 （对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格；但不如感应同步器和磁栅的适应性强。要严格防止油雾和灰尘的影响。） 4）可实现动态测量 （易于实现测量及数据处理的自动化）一、计量光栅的种类及工作原理 利用光栅的莫尔条纹现象进行精密测量的称为计量光栅。（一）光栅的形式及精度 1光栅的分类根据形状不同分为长光栅（测直线位移）和圆光栅（测转角位移） 根据光线到达光栅后是穿透还是反射，分为透射光栅和反射光栅。 2 光栅副 主光栅G1（标尺光栅） 指示光栅G2 （装在机床的固定 或活动 部件上） 3光栅的测量精度（分辨率） 现已可达微米级，再通过细分电路可以做到0.1m甚至更高分辨率。 （二）光栅测量的工作原理 （参照图6-6和图6-11）二、光栅的基本原理及特点 1莫尔条纹光栅副 由两块光学玻璃组成。主光栅G1上均匀刻上很多与运动方向垂直的线条；指示光栅G2上的线条相对G1上的线条倾斜一个角度（）。栅距W 相邻两根线条之间的距离。 指示光栅的刻线与垂直运动方向的夹角（很小）。则：光线经过光栅副后形成莫尔条纹（见下图）。 透光亮点沿运动方向形成连线（亮线） 不透光暗点沿运动方向形成连线（暗线） B 莫尔条纹的宽度亮线（或暗线）沿垂直运动方向的距离 当很小时，（ 【注】用弧度计算 ） B W / 2莫尔条纹的重要特性（1）平均效应 刻线误差平均化（尽量消除栅距不均匀造成的短周期误差）其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出则是这些单元输出的平均值。若每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小为： = / （2）放大作用 需要测量W 实际读取B的变化 （即莫尔条纹将观察微观W变为观察宏观B） （3）对应关系 W和B“一一对应”* 模拟量位移检测装置 一、旋转变压器 1原理 旋转变压器类似一种小型交流电机。它是利用线圈的互感作用将位移转换成感应电压的变化。感应电压的变化与转子实际转角的变化是有一定规律的，利用这一规律，可以将得到的模拟量转换成数字量实现测量。 2特点 旋转变压器结构简单、动作灵敏、对环境无特殊要求、维护方便、抗干扰性强、工作可靠。 3使用 特点与应用范围大致与电感式传感器同。日本、美国多用变压器式传感器，欧洲多用电感式传感器。我国两种都生产，但高精度场合以用电感式传感器为多，而目前中、低精度场合广泛采用编码器。所以，旋转变压器现在很少使用了。 二、感应同步器 1原理 感应同步器是利用电磁偶合原理，将位移或转角转变为电信号，借以进行位置检测和反馈控制的。 2特点 精度高 测量精度可达1m，重复精度0.2m，灵敏度0.05m。 可拼接成各种需要的长度 这样就可以保证大量程的测量。但拼接后精度略有降低。 对环境的适应性强 制做用材料的抗