第5章光电直接检测系统.pptVIP

八个与门和两个或门加触发器构成判向电路，由触发器输出0 或1，加到可逆计数器的“加”或“减”控制线上。若令与门输出信号q，则逻辑表达式为q = tG ，即逻辑乘。当输入都是高电平1时，与门输出为高电平“1”，否则输出为低电平“0” 或门的逻辑是加法运算称为Q = q1 + q2 + q3 + q4 由图所示的细分判向电路波形图可看出Q+ 和Q? 输出波形，Q+、Q? 控制触发器的输出电平加到可逆计数器的加减控制线上。Q+ 和Q? 经或门再经单稳整形后输出到可逆计数器的计数时钟线上进行计数器计数，最后由数字显示器显示。莫尔条纹信号的细分电路还可有其它形式的电路去实现，也可由单片机去实现。细分程度与波形的规则程度有关。要求信号最好是严格的正弦波，谐波成份少，否则细分的精度也不可能提高。目前一般测长精度是1μm。 零位信号 要知道测长的绝对数值，必须在测长的起始点给计数器以置零信号，这样计数器最后的指针值就反映了绝对测量值。这个起始信号一般是在指示光栅和长光栅上面另加一组零位光栅，单独加光电转换系统和电子线路来给出计数器的置零信号。考虑到光电二极管能得到足够的能量，一般零位光栅不采用单缝而采用一组非等宽的黑白条纹，如左图所示。当另一对零位光栅重叠时，就能给出单个尖三角脉冲，如右图所示。此尖脉冲作为测长计数器的置零信号。 莫尔条纹的应用 莫尔条纹测长仪分长光栅和圆光栅两种，光刻密度相同，通常为25，50，100，250条/mm。被广泛地应用于： 光栅数显表 光栅传感器在位置控制中的应用 轴环式数显表 机械测长和数控机床中。 代表性产品： 德国Heidenhain（海德汉）： 封闭式：量程3000mm，分辨力0.1 ?m 开放式：量程1440mm，分辨力0.01?m 开放式：量程270mm 分辨力1nm 英国Renishaw（雷尼绍）： 量程：任意分辨力： 0.1 ?m 0.01 ?m 中国长春光机所： 量 程：1000mm 分辨力：0.01 ?m 5.4.2 激光测距仪 1、 脉冲激光测距仪 脉冲激光测距利用了激光的发散角小，能量空间相对集中的优点。同时还利用了激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中的特点。因此瞬时功率很大，—般可达兆瓦级。由于上述两点，脉冲激光测距在有反射器的情况下，可以达到极远的测程；进行近距离(几公里)测量时，如果测量精度要求不高，不必使用反射器，利用被测目标对脉冲激光的反射取得反射信号，也可以进行测距。 在1处产生的激光，经过待测的路程射向2处。在2处装有向1处反射的装置，1处至2处间的距离D是待测的。如果在1处有一种装置，它能够测出脉冲激光从1处到达2处再返回1处所需要的时间t，则 式中 c 为光的传播速度。 脉冲激光测距的工作原理 脉 冲 激 光 测 距 仪 发射系统 接收系统 接收光学系统 光电探测器 低噪声宽带放大器 整形电路 门控电路 时钟脉冲振荡器 计数显示器 激光器：LD，ND：YAG（调Q/锁模） 电源 发射望远系统 物镜 小孔光阑 干涉滤光片 它由脉冲激光发射系统、接收系统、控制电路、时钟脉冲振荡器以及计数显示电路等组成. 由光电器件得到的电脉冲，经放大器以后，输出一定形状的负脉冲至控制电路。由参考信号产生的负脉冲A(图(d))经控制电路去打开电子门。这时振荡频率一定的时钟振荡器产生的时钟脉冲，可以通过电子门进入计数显示电路，计时开始。当反射回来经整形后的测距信号B到来时，关闭电子门，计时停止。计数和显示的脉冲数如图(g)所示。从计时开始到计时停止的时间正比于参考信号与测距信号之间的时间。 则被测距离为： 2、 相位激光测距仪 测距用的调制光波形如图所示，若其调制频率为f，光速为c，则波长λ可由式λ=c/f 求出。光波每前进一个波长λ相当于相位变化了2π则距离D可表示为： “光尺”测量距离原理图 测距时，调制激光照在合作目标上，被反回接收经光电转换后得到相同的电信号，与光源的驱动电压相比较，测得相位差，由相位差可算得所测距离。 为了便于理解测距仪的测相系统对光波往返二倍距离后的相位移进行测量，图中说明了光波在距离L上往返后的相位变化。 如果设光波从A到A’点的传播过程中相位变化(又称为相位移)为φ，则由图看出，被测距离为： 由上分析可知，如果测得光波相位移φ中2π的整数N和小数?n，就可以确定出被测距离值，所以调制光波可以被认为是一把“光尺”，其波长λ就是相位式激光测距仪的“测尺”长度。 式中当N等于0时， Δφ可由检相器检出，得被测距离，但当N不等于0时，N的大小不能确定，出现测量误差。目前的相位测距仪只可测相位尾数