光电式光栅改实用教案

1、 2、光栅(gungshn)测量原理 把两块栅距相等的光栅(gungshn)（光栅(gungshn)1、光栅(gungshn)2）叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角，这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。aabb在 a - a 线 上 ， 两 块 光 栅(gungshn)的栅线重合，透光面积最大，形成亮带；在 b - b 线 上 ， 两 块 光 栅(gungshn)的栅线错开，形成条纹的暗带。第1页/共9页第一页，共10页。 莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点。 (1) 位移的放大作用 当光栅每移动一个栅距W时， 莫尔条纹

2、也跟着移动一个条纹宽度B，如果光栅作反向(fn xin)移动，条纹移动方向也相反。莫尔条纹间距B与栅线夹角之间的关系为 sinWWBaabb第2页/共9页第二页，共10页。 （2） 莫尔条纹移动方向 如光栅1沿着刻线(k xin)垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动；反之，当光栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅线向下移动。 因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。 (3) 误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线(k xin)形成，对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期误差的影响。 越小，B越大，这相当于把栅距W放大了1/倍。说明(shum

3、ng)光栅具有位移放大作用， 从而提高了测量的灵敏度。 第3页/共9页第三页，共10页。二、光栅传感器的组成 由标尺光栅（主光栅） 、指示光栅、光路系统和光电元件(yunjin)等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。指示光栅比标尺光栅短得多，但两者有同样的栅距，使用时标尺光栅固定在被测物体上，且随被测物体一起移动，其长度取决于测量范围，指示光栅相对于光电元件(yunjin)固定。x123451光源；2透镜；3标尺光栅；4指示光栅；5光电元件第4页/共9页第四页，共10页。三、测量(cling)电路莫尔条纹是一个明暗相间的带。从图中可看出，两条暗带中心线之间的光强变化是从最暗到渐暗，到渐亮，再

4、到最亮，又从最亮到最暗的渐变过程。 主光栅移动一个栅距W，光强变化一个周期，只要测出光强变化的次数即能得到位移的大小。若用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化，则将光信号转换为电信号，接近于正弦周期函数， 如以电压输出，即 WxUUumoo22sinuo光电元件输出(shch)的电压信号； Uo输出(shch)信号中的直流分量；Um输出(shch)信号中正弦交流分量的幅值。 第5页/共9页第五页，共10页。 （1） 辨向原理 采用一个光电元件的光栅，无论主光栅作正向还是反向移动，莫尔条纹都作明暗交替变化，光电元件总是输出同一规律变化的电信号，此信号不能辨别运动方向。为了能够(nnggu)辨向，

5、需要有相位差为/2的两个电信号。为实现辨向，在相隔BH/4间距的位置上，放置两个光电元件1和2，得到两个相位差/2的电信号u1和u2（图中波形是交流分量(fn ling)），经过整形后得两个方波信号u1和u2。1，2光电元件3，4光栅A位移移动方向B对应(duyng)莫尔条纹移动方向第6页/共9页第六页，共10页。当光栅沿A方向移动时，u1经微分电路后产生的正脉冲, 正好发生在u2的“1”电平时(pngsh)，从而经与门Y1输出一个计数脉冲；而u1经反相并微分后产生的脉冲，则与u2的“0”电平相遇，与门Y2被阻塞，无脉冲输出。在光栅沿A方向移动时，莫尔条纹移动方向也相反。u1的微分脉冲发生在u

6、2为“0”电平时(pngsh)，与门Y1无脉冲输出；而u1的反相微分脉冲则发生在u2 的“1”电平时(pngsh)， 与门Y2输出一个计数脉冲，则说明u2的电平状态作为与门的控制信号，来控制在不同的移动方向时，u1所产生的脉冲输出。 这样就可以根据运动方向正确地给出加计数脉冲或减计数脉冲， 再将其输入可逆计数器，实时显示出相对于某个参考点的位移量。 第7页/共9页第七页，共10页。 (2) 细分技术 在前面讨论的光栅测量原理中可知，以移过的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为光栅栅距。为了提高分辨率和测量比栅距更小的位移量，可采用细分技术。所谓细分，就是在莫尔条纹信号(xnho)变化一个周期

7、内，发出若干个脉冲，以减小脉冲当量，如一个周期内发出n个脉冲，即可使测量精度提高到n倍，而每个脉冲相当于原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高到了n倍，因此也称之为n倍频。四倍频细分法在相差BH/4位置上安装两个光电元件，得到两个相位相差/2的电信号。 若将这两个信号反相就可以得到四个依次相差/2的信号，从而可以在移动一个栅距的周期(zhuq)内得到四个计数脉冲，实现四倍频细分。也可以在相差BH/4位置上安放四个光电元件来实现四倍频细分。这种方法不可能得到高的细分数，因为在一个莫尔条纹的间距内不可能安装更多的光电元件。它有一个优点，就是对莫尔条纹产生的信号波形没有严格要求。 第8页/共9页第八页，共10页。9谢谢您的观看(gunkn)！第9页/共9页第九页，共10页。NoImage内容(nirng)总结2、光栅测量原理。在b-b线上，两块光栅的栅线错开，形成条纹的暗带。从图中可看出，两条暗带中心线之间的光强变化是从最暗到渐暗，到渐亮，再到最