光栅传感器1实用教案

1、光栅光栅(gungshn)传感器的结构传感器的结构 光栅(gungshn)传感器由光源、透镜、光栅(gungshn)副（主光栅(gungshn)和指示光栅(gungshn)）和光电接收元件组成。 第1页/共33页第一页，共34页。光栅光栅(gungshn)传感器光源：传感器光源： 钨丝灯泡：输出功率较大，工作范围较宽（-40到+130）与光电元件相组合的转换(zhunhun)效率低。在机械振动和冲击条件下工作时，使用寿命将降低。 半导体发光器件:转换(zhunhun)效率高，响应特征快速。 如砷化镓发光二极管，与硅光敏三极管相结合，转换(zhunhun)效率最高可达30%左右。砷化镓发光二极管

2、的脉冲响应速度约为几十ns，可以使光源工作在触发状态，从而减小功耗和热耗散。第2页/共33页第二页，共34页。光电元件光电元件(yunjin) 包括有光电池和光敏三极管等部分。 在采用固态光源时，需要选用敏感(mngn)波长与光源相接近的光敏元件，以获得高的转换效率。在光敏元件的输出端，常接有放大器，通过放大器得到足够的信号输出以防干扰的影响。第3页/共33页第三页，共34页。光栅光栅(gungshn)传感器传感器1 光栅传感器的结构(jigu)2 光栅的光路3 莫尔条纹形成的原理4 莫尔条纹技术的特点5 辨向原理6 细分技术7 光栅传感器的应用第4页/共33页第四页，共34页。光栅光栅(gu

3、ngshn)的光路的光路 透射(tu sh)光路 反射光路 第5页/共33页第五页，共34页。（1）透射）透射(tu sh)式光路式光路1-光源2-准直(zhn zh)透镜3-主光栅4-指示光栅5-光电元件 此光路适合(shh)于粗栅距的黑白透射光栅。 特点：结构简单，位置紧凑，调整使用方便，应用广泛。第6页/共33页第六页，共34页。（2）反射式光路）反射式光路1反射主光栅2-指示光栅3-场镜4-反射镜5-聚光镜6-光源7-物镜(wjng)8-光电电池。该光路适用(shyng)于黑白反射光栅。第7页/共33页第七页，共34页。光栅光栅(gungshn)传感器传感器1 光栅传感器的结构2 光栅

4、的光路3 莫尔条纹形成(xngchng)的原理4 莫尔条纹技术的特点5 辨向原理6 细分技术7 光栅传感器的应用第8页/共33页第八页，共34页。莫尔条纹形成莫尔条纹形成(xngchng)原理原理2tantan横向(hn xin)莫尔条纹的斜率莫尔条纹(tio wn)间距WWBCABBH2sin22sin莫尔条纹的宽度BH由光栅常数与光栅夹角决定 第9页/共33页第九页，共34页。光栅光栅(gungshn)传感器传感器1 光栅传感器的结构(jigu)2 光栅的光路3 莫尔条纹形成的原理4 莫尔条纹技术的特点5 辨向原理6 细分技术7 光栅传感器的应用第10页/共33页第十页，共34页。莫尔条纹

5、技术莫尔条纹技术(jsh)的特点的特点调整夹角即可得到(d do)很大的莫尔条纹的宽度，起到了放大作用，又提高了测量精度。例：当0.02mmW 0.00174532rad(0.1)11.4592mmHB时得第11页/共33页第十一页，共34页。 莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅的移动量、移动方向具有对应关系。 光电元件(yunjin)对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻线的局部误差和周期 误差对于精度没有直接的影响。例如：设 ，接收元件为10 x10mm的硅光电池，则在接收范围内将有500条栅线，由此，使得任意栅线的栅距误差或瑕疵，对整个莫尔条纹的位置和形状(xngzhun)影响很小。0.02

6、mmW 莫尔条纹莫尔条纹(tio wn)技术的特点技术的特点第12页/共33页第十二页，共34页。光栅光栅(gungshn)传感器传感器1 光栅传感器的结构2 光栅的光路3 莫尔条纹形成(xngchng)的原理4 莫尔条纹技术的特点5 辨向原理6 细分技术7 光栅传感器的应用第13页/共33页第十三页，共34页。辨向原理辨向原理(yunl)单 个 光 电 元 件 接 收 一 固 定 点 的 莫 尔 条 纹 信 号(xnho)，只能判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方向，因而就不能判别运动零件的运动方向，以致不能正确测量位移。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

7、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。第14页/共33页第十四页，共34页。辨向光路设置辨向光路设置(shzh)第15页/共33页第十五页，共34页。辨向电路辨向电路(dinl)第16页/共33页第十六页，共34页。说明(shumng)第17页/共33页第十七页，共34页。辨向电路(dinl)各点波形图第18页/共33页第十八页，共34页。光栅光栅(gungshn)传感器传感器1 光栅(gungshn)传感器的结构2 光栅(gungshn)的光路3 莫尔条纹形成的原理4 莫尔条纹技术的特点5 辨向原理6 细分技术7 光栅(gungshn)传感器的应用第19页/共33

8、页第十九页，共34页。细分技术细分技术(jsh) 提高分辨力方法：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。 细分就是在莫尔条纹变化一周期时，不只输出一个(y )脉冲，而是输出若干个脉冲，以减小脉冲当量提高分辨力。 第20页/共33页第二十页，共34页。（1）直接）直接(zhji)细分细分 直接细分又称位置细分，常用的细分数为4。四细分可用4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(shxin)了四细分。 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。 缺点：光电元件安放困难，细分数不能太高

9、。第21页/共33页第二十一页，共34页。未细分(a)与细分(b)的波形(b xn)比较第22页/共33页第二十二页，共34页。（2）电阻）电阻(dinz)电桥细分法（矢量电桥细分法（矢量和法）和法）22111212eRRReRRRUsccossin)sin(AUsc用此信号去触发(chf)施密特电路 第23页/共33页第二十三页，共34页。电阻(dinz)电桥细分法用于10细分 第24页/共33页第二十四页，共34页。（c）电阻）电阻(dinz)链细分法（电阻链细分法（电阻(dinz)分割法）分割法）等电阻(dinz)链细分电路 实质(shzh)：用电阻衰减器来进行细分。End the 4.

10、5第25页/共33页第二十五页，共34页。光栅光栅(gungshn)传感器传感器1 光栅传感器的结构2 光栅的光路3 莫尔条纹(tio wn)形成的原理4 莫尔条纹(tio wn)技术的特点5 辨向原理6 细分技术7 光栅传感器的应用第26页/共33页第二十六页，共34页。 精度高。光栅式传感器在大量程测量长度或直线(zhxin)位移方面仅仅低于激光干涉传感器。在圆分度和角位移连续测量方面，光栅式传感器属于精度最高的。光栅(gungshn)传感器的应用第27页/共33页第二十七页，共34页。 大量程测量兼有高分辨力。感应同步器和磁栅式传感器也具有大量程测量的特点，但分辨力和精度都不如光栅式传感

11、器。 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，对环境条件的要求不像激光干涉(gnsh)传感器那样严格，但不如感应同步器和磁栅式传感器的适应性强，油污和灰尘会影响它的可靠性。主要适用于在实验室和环境较好的车间使用。光栅(gungshn)传感器的应用第28页/共33页第二十八页，共34页。 近年来，我国设计和制造(zhzo)了很多新型光栅传感器。光栅传感器已在精密数控机床和仪器中作为定位、测长、测转角、测速、测振幅的检测元件，而且应用日趋广泛。光栅(gungshn)传感器的应用第29页/共33页第二十九页，共34页。光栅(gungshn)传感器的应用第30页/共33页第三十页，共34页。第31页/共33页第三十一页，共34页。第32页/共33页第三十二页，共34页。谢谢您的观看(gunkn)！第33页/共33页第三十三页，共34页。NoImage内容(nirng)总结光栅传感器的结构。1 光栅传感器的结构。