传感器技术与应用：任务3.4光栅数显表在数控机床中的应用

1、任务3.4 光栅数显表在数控机床中的应用,3.4.1光栅传感器的类型和结构 1.光栅传感器的外形,2.光栅传感器的类型和结构 在镀膜玻璃上均匀刻制许多明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅。按光栅的形状和用途分为长光栅和圆光栅，分别用于线位移和角位移的测量。按光线走向分为透射光栅和反射光栅，如图3-56所示。 光栅传感器都由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。光源可以是钨丝灯泡、发光二极管等。光敏元件可以是光敏二极管、也可以是光电池。光栅副由主光栅和指示光栅组成,3.4.2光栅传感器的工作原理,3.4.3 辨向原理与细分技术 1.辨向原理 单个光电元件接收一固定点的莫尔条纹信

2、号，只能判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方向，因而就无法判别运动部件的位移。例如光栅随被测部件正向和反向混合移动若干栅距后，导致无法正确测得位移,2.细分技术 在选择合适的光栅栅距的前提下，以对栅距进行测微，电子学中称“细分”，来得到所需的最小读数值,3.4.4 光栅数显表的设计 1. 光栅数显表系统 光栅数显系统包含光栅传感器和数显表。光栅传感器是利用光栅的光学原理工作的测量装置。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大、检测精度高、响应速度快的特点。数显表是对光栅传感器输出脉冲接收、计数、处理并显示设备。数显表的好坏将直接影响到整个系统的测量精度和稳定性,3.4.5光栅式万能测长仪

3、 由光栅传感器获得的四路原始信号，经差分放大器放大、移相电路分相、整形电路整形、倍频电路细分、辨向电路辨向进入可逆计数器计数，送显示器显示。通常采用大规模集成电路来实现以上功能,3.4.6光纤传感器 1.光纤结构 光纤是一种传输光信息的导光纤维，主要由高强度石英玻璃、常规玻璃和塑料制成。光纤由纤芯、包层、护套组成，如图3-66所示。光主要在纤芯中传输，光纤的导光能力主要取决于纤芯和包层的折射率，纤芯的折射率稍大于包层的折射率,2.光纤的传光原理 在光纤中, 光的传输限制在光纤中, 并随光纤能传送到很远的距离, 光纤的传输是基于光的全反射,3.光纤的类型 光纤的类型按照折射率分为阶跃型和渐变型，

4、按照传输模式分为单模光纤和多模光纤等。 （1）按折射率 阶跃型光纤纤芯与包层的折射率是突变的；渐变型光纤纤芯中心处折射率最大，由中心向外折射率逐渐变小到包层折射率。 (2)按传输模式 传输模式是指光沿光纤传播的途径和方式。分为单模光纤和多模光纤,4.光纤传感器的工作原理 光纤传感器由光发送器、敏感元件、光接收器、信号处理系统及光导纤维等主要部分组成。 光纤传感系统的工作原理是，光纤中光波参数（如光强、频率、波长、相位以及偏振态等）随外界被测参数的变化而变化，所以，可通过检测光纤中光波参数的变化以达到检测外界被测物理量的目的,光纤传感器按其作用方式一般分为两种类型：功能型光纤传感器和非功能型光纤

5、传感器。 功能型光纤传感器，利用光纤本身对外界被测对象具有敏感能力和检测功能，光纤不仅起到传光作用，而且在被测对象作用下，如光强、相位、偏振态等光学特性得到调制，调制后的信号携带了被测信息。 非功能型光纤传感器，光纤只当作传播光的媒介，待测对象的调制功能是由其它光电转换元件实现的，光纤的状态是不连续的，光纤只起传光作用,5.光纤传感器的应用 (1)反射式光纤微位移传感器 图3-72所示为反射式光纤微位移传感器原理示意图，光纤探头采用型结构，如图3-73所示，由两根光纤组成，一根用于入射光，另一根用于接收反射体的反射光，由入射光传输光纤和反射光收集光纤制成一光纤束，光纤束中的入射光纤和反射光纤作