光柵式傳感器辯向.ppt

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光電式傳感器 光柵式傳感器 什么是光柵 在玻璃或者金屬上進(jìn)行刻畫 可以得到一系列密集刻線 這種具有周期性的刻線分布的光學(xué)元件稱為光柵 光柵也稱衍射光柵 它是一塊刻有大量平行等寬 等距狹縫 刻線 的平面玻璃或金屬片 光柵的狹縫數(shù)量很大 一般每毫米幾十至幾千條 單色平行光通過光柵每個(gè)縫的衍射和各縫間的干涉 形成暗條紋很寬 明條紋很細(xì)的圖樣 這些銳細(xì)而明亮的條紋稱作譜線 譜線的位置隨波長(zhǎng)而異 當(dāng)復(fù)色光通過光柵后 不同波長(zhǎng)的譜線在不同的位置出現(xiàn)而形成光譜 光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果 計(jì)量光柵的種類 莫爾條紋 計(jì)量光柵是利用光柵的莫爾條紋進(jìn)行精密測(cè)量的 莫爾條紋就是光柵式傳感器工作的原理 莫爾條紋通常是由兩塊光柵疊加形成的 莫爾條紋原理圖 在這些白色透光處兩光柵透光部分疊加所以形成了亮帶 而在黑色遮光處兩光柵不透光部分進(jìn)行疊加形成了暗帶 這種由光柵重疊形成的圖案稱為莫爾條紋 長(zhǎng)光柵莫爾條紋的周期為 其中 標(biāo)尺光柵也稱主光柵1的光柵常數(shù) 指示光柵2的光柵常數(shù) 兩光柵的夾角 莫爾條紋重要的性質(zhì) 1 運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系當(dāng)主光柵向右邊運(yùn)動(dòng)一個(gè)柵距時(shí) 莫爾條紋向下移動(dòng)一個(gè)條紋間距B 反之亦然 所以光柵傳感在測(cè)量時(shí) 可以根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)量和移動(dòng)方向判定光柵的位置量和位移方向 主光柵移動(dòng)一個(gè)光柵距 指示光柵上一個(gè)莫爾周期 在主光柵移動(dòng)時(shí)指示光柵上就會(huì)有上下移動(dòng)的明暗相間的條紋 所以我們只要數(shù)出明暗相間的次數(shù)就可以知道莫爾條紋經(jīng)過了多少周期 從而在間接的推斷出主光柵移動(dòng)了多少了光柵距離 主光柵左右移動(dòng)方向 指示光柵上下移動(dòng)方向 指示光柵向上移動(dòng) 主光柵則向坐移動(dòng) 反之亦然 所以我們根據(jù)判定指示光柵上莫爾條紋的移動(dòng)方向就可以判斷主光柵的移動(dòng)方向了 2 位移的放大作用由于光柵角非常的小 根據(jù)公式可知 盡管柵距很小 很難觀察 但是我們的莫爾條紋卻清晰可見 這非常有利于布置接受莫爾條紋信號(hào)的光電器件 光柵式傳感器 光柵式傳感器的基本工作原理是利用光柵的莫爾條紋進(jìn)行測(cè)量的 光柵傳感器一般由光源 標(biāo)尺光柵 指示光柵和光電器件組成 光電器件接受到的信號(hào)經(jīng)電路處理后可得到兩光柵的相對(duì)位移 光柵式傳感器有多種不同的光學(xué)系統(tǒng) 比較常見的就是透射式光柵傳感器和反射式光柵傳感器 透射式光柵 指示光柵四裂相 裂相光柵產(chǎn)生的4路信號(hào) 由四組光柵裂相以得到相位差依次為的四路信號(hào) 去直流處理 由于公式里含有直流信號(hào) 不方便信號(hào)的處理分析 所以要去掉直流信號(hào) 由公式可知兩兩對(duì)應(yīng)相減 即可消除信號(hào)中的直流電平 得到 辯向原理圖 辨向波形圖 細(xì)分電路 為什么要使用細(xì)分電路光柵數(shù)字傳感器的測(cè)量分辨率等于一個(gè)柵距 但是在精密儀器中需要測(cè)量更精密的的位移 提高精確度的方法 1增加刻線密度減小柵距2采用細(xì)分技術(shù) 如直接細(xì)分 電橋細(xì)分 鎖相細(xì)分 調(diào)制信號(hào)細(xì)分 軟件細(xì)分等 細(xì)分原理圖 細(xì)分波形圖 反射式光柵 光柵傳感器的特點(diǎn) 精度高 分辨率高 光柵在圓分度和角位移連續(xù)測(cè)量方面 光柵式傳感器屬于高精度的 但是他不適合于大量程長(zhǎng)度測(cè)量 可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量 易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化 具有較強(qiáng)的抗干擾能力 但是油污和灰塵會(huì)影響他的可靠性 適用于環(huán)境較好的實(shí)驗(yàn)室或車間 光柵式傳感器應(yīng)用 主要應(yīng)用在精密測(cè)量長(zhǎng)度 角位移中 此外還應(yīng)用在測(cè)量振動(dòng) 速度 應(yīng)力應(yīng)變等機(jī)械測(cè)量中 光學(xué)編碼器 定義 它是一種絕對(duì)碼測(cè)量系統(tǒng) 即顯示的位置數(shù)值與編碼器的位置一一對(duì)應(yīng) 它是位置的對(duì)應(yīng)而不是累加脈沖的結(jié)果 所以掉電也不會(huì)有影響 編碼器的分類 1直線型 碼尺 2選轉(zhuǎn)型 碼盤 碼盤 原理 絕對(duì)編碼器是通過讀取編碼盤上的圖案來表示軸的轉(zhuǎn)角位置 通過 和 的二進(jìn)制編碼來將采集來的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼可讀取的電信號(hào)用以通訊 傳輸和儲(chǔ)存 圖中棕色的為不透光部分為1 相反白色是透光部分為0 所以圓盤的每一側(cè)都可以用一組二進(jìn)制唯一對(duì)應(yīng) 在內(nèi)環(huán)的二進(jìn)制為高位 如圖A處唯一對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制就是1000 圖中是四位的循環(huán)碼碼盤 它有種編碼 最小分辨率為 絕對(duì)編碼器 特點(diǎn) 1可以直接讀出長(zhǎng)度或角度坐標(biāo)的絕對(duì)值 2沒有累積誤差 3電源掉電后位置量不會(huì)丟失 4抗干擾能力較強(qiáng) 缺點(diǎn) 碼道刻劃容易產(chǎn)生誤差 而且精度越高價(jià)格越昂貴