第七章光栅传感器概述.ppt

第七章 光栅传感器 7.1 光栅基础 7.1.1光栅的定义、分类和结构 7.1.2 莫尔条纹原理 圆弧莫尔条纹 环形莫尔条纹 辐射形莫尔条纹 7.1.3 莫尔条纹特点： 2、莫尔条纹测量位移： 3、误差较小作用 7.2光栅传感器的工作原理 7.2.1 光电转换原理 7.2.2 莫尔条纹测量位移 7.3.3 辨向原理 光电信号周期性变化，怎样辨别位移方向？ 7.4 常用光学系统 1、透射直读式光路： 2、反射直读式光路 3、反射积分式光路 小 结 1、光栅及其基本结构 2、莫尔条纹及其基本特征 3、光栅传感基础 4、基本光路 作业： * * 7.1 光栅基础 7.2 光栅传感器工作原理 7.3 莫尔条纹细分技术 7.4 常用光学系统 光栅—在长方形（或者圆形）的光学玻璃（或金属）上进行均匀刻划，可得一系列均匀刻线，这种周期性均匀分布的光学元件称为光栅。 光栅上的刻线也称为栅线。 栅线密度： 栅线宽度：a 缝隙宽度：b 栅距：w 如：100线/mm 2、光栅的分类 ？ 位移测量 较低（100/mm） 计量光栅 光衍射 光谱分析 较高（103/mm） 物理光栅 原理 应用 栅线密度 A、物理光栅和计量光栅 B、黑白光栅（振幅光栅） 闪耀光栅（相位光栅） 栅线与狭缝黑白相间 闪耀光栅：锯齿状 C、长光栅和圆光栅 长光栅 用于测量位移 圆光栅 用于测量角度 D、圆光栅分类 径向光栅 切向光栅 环形光栅 横向莫尔条纹 主光栅 指示光栅 莫尔条纹： 亮带和暗带相间的条纹 7栅线 6栅线 a b a b b a b A 横向莫尔条纹移动 光闸莫尔条纹： 两个相互平行的光栅 播放中…… 单击准备演示 播放动画 播放动画 播放中…… 单击准备演示 单击准备演示 播放动画 w 1、位移放大作用 B 莫尔条纹与光栅近似垂直 放大倍数： 1 2 3 4 对于100线/mm的光栅，栅距为0.01mm，夹角为0.06°，莫尔条纹间距10mm a b a b 莫尔条纹的移动距离与光栅的移动距离成比例。 当光栅移动一个栅距w时,莫尔条纹就移动一个条纹间隔B； 明-暗-明变化一个周期 。 当光栅改变运动方向时,莫尔条纹也随之改变运动方向,两者具有相互对应的关系。因此,可以通过测量莫尔条纹的运动来判别光栅的运动。 光栅向右：莫尔条纹移动？ 莫尔条纹向上移动 光栅向左： 莫尔条纹向下移动 莫尔条纹移动的方向与两个光栅的夹角以及光栅运动方向有关 光栅在制作过程中必然会引入刻划误差。 光电元件获取的莫尔条纹是指示光栅覆盖区域刻线的综合结果,对刻划误差有平均作用。这是光栅传感器精度高的一个重要原因。 　　刻划误差是随机误差。设单个栅距误差为δ,形成莫尔条纹区域内有N条刻线,则综合误差Δ为： 莫尔条纹传感器 光栅传感器基本工作原理： 几何量变化 莫尔条纹变化 光电信号 1、光源、2、聚光镜 3、光栅主尺，4、指示光栅 5、光电元件 a=b=w，三角形分布 实际情况：锯齿波分布 光电信号的输出电压U可以用光栅位移x的正弦函数来表示,光敏元件输出的波形为： 式中：U0——输出信号的直流分量；Um——交流信号的幅值； x ——光栅的相对位移量； 光栅位移： 同时记录两个具有相差90°的莫尔条纹信号，来辨别移动方向 两个光电探测器的相位相差π／2，滞后还是超前完全取决于光栅的运动方向. 斯密特电路： 斯密特触发器又称斯密特与非门，阈值开关电路。 门电路： 高电平触发 正向运动 正电平通过 加法运算 负向运动 负电平通过 减法运算 适用于粗栅距黑白透射光栅 指示光栅 主光栅 ：没有指示光栅 主光栅：闪耀光栅