光栅式传感器

1、,第八章 光电式传感器光栅传感器,.1 光栅传感器的结构 .2 莫尔条纹形成的原理 .3 莫尔条纹技术的特点 .4 光栅的光路 .5 辨向原理 .6 细分技术,下一页,返 回,.1 光栅传感器的结构,光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接收元件组成。,上一页,下一页,返 回,光栅传感器光源：,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，转换效率最高可达30%左右。砷化镓发光二极管的脉冲响应速度约

2、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。 。,上一页,下一页,返 回,光栅副：指示光栅主光栅,a+b=W称为光栅的栅距（或光栅常数） 通常情况下，a=b=W/2,上一页,下一页,返 回,光电元件,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。,上一页,下一页,返 回,.2 莫尔条纹形成的原理,横向莫尔条纹的斜率,莫尔条纹间距,莫尔条纹的宽度BH由 光栅常数与光栅夹角决定,上一页,下一页,返 回,.3 莫尔条纹技术的特点,（1）调整

3、夹角即可得到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。 （2）莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信 号作进一步细分，即采用“倍频技术”。这样可以提 高测量精度或可以采用较粗的光栅。 （3）光电元件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。 因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。 这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。,上一页,下一页,返 回,1）莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。 2）当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅

4、刻线方向移动（两者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图中，当指示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。 3）莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距，它随着指示光栅与主光栅刻线夹角而改变。越小，越大，相当于把微小的栅距扩大了 倍。由此可见，计量光栅起到光学放大器的作用。,例如，对线mm的长光栅而言，0.04mm，若=0.016rad，则=2.5mm.，光敏元件可以分辨2.5mm的间隔，但无法分辨0.04mm的间隔。 4）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。例如，采用100线/mm光栅时，若光栅移动了xmm（也就是移过了100 x条光栅刻线），则从光电元件面前掠过的莫尔条纹也是100条。由于莫尔条纹比栅距宽得多，所以能够被光敏元件所识别。将此莫尔条纹产生的电脉冲信号计数，就可知道移动的实际距离了。,4、零位光栅,“零刻度”,径向光栅进行角度测量,当标尺光栅相对于指示光栅转动时，条纹即沿径向移动， 测出条纹移动数目，即可得到标尺光栅相对指示光栅转动的角度。,上一页,下一页,返 回,.5 光栅的光路,透射光路 反射光路,上一页,下一页,返 回,（1）透射式光路,1-光源 2-准直透镜 3-主光栅 4-指示光栅 5-光电元件,此光路适合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。,上一页,下一页,返 回,（2）反射式