光栅式传感器辩向PPT.ppt

什么是光栅 在玻璃或者金属上进行刻画 可以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 光栅也称衍射光栅 它是一块刻有大量平行等宽 等距狭缝 刻线 的平面玻璃或金属片 光栅的狭缝数量很大 一般每毫米几十至几千条 单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉 形成暗条纹很宽 明条纹很细的图样 这些锐细而明亮的条纹称作谱线 谱线的位置随波长而异 当复色光通过光栅后 不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱 光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果 计量光栅的种类 莫尔条纹 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹进行精密测量的 莫尔条纹就是光栅式传感器工作的原理 莫尔条纹通常是由两块光栅叠加形成的 莫尔条纹原理图 在这些白色透光处两光栅透光部分叠加所以形成了亮带 而在黑色遮光处两光栅不透光部分进行叠加形成了暗带 这种由光栅重叠形成的图案称为莫尔条纹 长光栅莫尔条纹的周期为 其中 标尺光栅也称主光栅1的光栅常数 指示光栅2的光栅常数 两光栅的夹角 莫尔条纹重要的性质 1 运动的对应关系当主光栅向右边运动一个栅距时 莫尔条纹向下移动一个条纹间距B 反之亦然 所以光栅传感在测量时 可以根据莫尔条纹的移动量和移动方向判定光栅的位置量和位移方向 主光栅移动一个光栅距 指示光栅上一个莫尔周期 在主光栅移动时指示光栅上就会有上下移动的明暗相间的条纹 所以我们只要数出明暗相间的次数就可以知道莫尔条纹经过了多少周期 从而在间接的推断出主光栅移动了多少了光栅距离 主光栅左右移动方向 指示光栅上下移动方向 指示光栅向上移动 主光栅则向坐移动 反之亦然 所以我们根据判定指示光栅上莫尔条纹的移动方向就可以判断主光栅的移动方向了 2 位移的放大作用由于光栅角非常的小 根据公式可知 尽管栅距很小 很难观察 但是我们的莫尔条纹却清晰可见 这非常有利于布置接受莫尔条纹信号的光电器件 光栅式传感器 光栅式传感器的基本工作原理是利用光栅的莫尔条纹进行测量的 光栅传感器一般由光源 标尺光栅 指示光栅和光电器件组成 光电器件接受到的信号经电路处理后可得到两光栅的相对位移 光栅式传感器有多种不同的光学系统 比较常见的就是透射式光栅传感器和反射式光栅传感器 透射式光栅 指示光栅四裂相 裂相光栅产生的4路信号 由四组光栅裂相以得到相位差依次为的四路信号 去直流处理 由于公式里含有直流信号 不方便信号的处理分析 所以要去掉直流信号 由公式可知两两对应相减 即可消除信号中的直流电平 得到 辩向原理图 辨向波形图 细分电路 为什么要使用细分电路光栅数字传感器的测量分辨率等于一个栅距 但是在精密仪器中需要测量更精密的的位移 提高精确度的方法 1增加刻线密度减小栅距2采用细分技术 如直接细分 电桥细分 锁相细分 调制信号细分 软件细分等 细分原理图 细分波形图 反射式光栅 光栅传感器的特点 精度高 分辨率高 光栅在圆分度和角位移连续测量方面 光栅式传感器属于高精度的 但是他不适合于大量程长度测量 可实现动态测量 易于实现测量及数据处理的自动化 具有较强的抗干扰能力 但是油污和灰尘会影响他的可靠性 适用于环境较好的实验室或车间 光栅式传感器应用 主要应用在精密测量长度 角位移中 此外还应用在测量振动 速度 应力应变等机械测量中 光学编码器 定义 它是一种绝对码测量系统 即显示的位置数值与编码器的位置一一对应 它是位置的对应而不是累加脉冲的结果 所以掉电也不会有影响 编码器的分类 1直线型 码尺 2选转型 码盘 码盘 原理 绝对编码器是通过读取编码盘上的图案来表示轴的转角位置 通过 和 的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯 传输和储存 图中棕色的为不透光部分为1 相反白色是透光部分为0 所以圆盘的每一侧都可以用一组二进制唯一对应 在内环的二进制为高位 如图A处唯一对应的二进制就是1000 图中是四位的循环码码盘 它有种编码 最小分辨率