传感器与检测技术第2版胡向东电子课件第9章(5584KB).pptVIP

9.5.3 光电式编码器的应用-测转速 周期法： 通过计数编码器一个脉冲间隔内（半个脉冲周期）标准时钟脉冲个数来计算其转速，因此，要求时钟脉冲的频率必须高于编码器脉冲的频率 例：设某编码器的额定工作参数为N ＝1024 脉冲/转，标准时钟脉冲周期 T＝10－6 s，测得编码器输出的两个相邻脉冲上升沿之间标准时钟脉冲输出个数为1000个，求其转速。 解：根据题意可知，编码器一个脉冲间隔内标准时钟脉冲的输出个数为： N2＝1000/2＝500 由上式有： 9.6 计量光栅 9.6.1 光栅的结构及工作原理 1. 光栅结构 在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅。 　　a为栅线的宽度（不透光），b为栅线间宽（透光）， a+b=W称为光栅的栅距（也称光栅常数）。通常a=b=W/2。 　　目前常用的光栅每毫米刻成25、50、 100、125、250条线条。 光栅莫尔条纹的形式 2. 光栅测量原理 两块具有相同栅距的长光栅叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角 ，则在大致垂直于栅线的方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。 在两块光栅栅线重合的地方，透光面积最大，出现亮带（图中的 d-d）；有的地方两块光栅的栅线错开，形成了不透光的暗带（图中的 f-f）。 　　当夹角 减小时，条纹间距BH增大，适当调整夹角可获得所需的条纹间距。 (1) 位移的放大作用 当光栅每移动一个光栅栅距W时， 莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度BH。莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为 θ越小，BH越大，这相当于把栅距W放大大了1/θ倍。例如θ=0.1°，则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度BH是栅距W的573倍， 这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用， 从而提高了测量的灵敏度。 莫尔条纹测位移的三个特点 （2） 莫尔条纹移动方向 如光栅1沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动；反之，当光栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅线向下移动。 因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。  (3) 误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成，对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期误差的影响。 　　　例如： 对50线/mm的光栅，用4mm宽的光电元件进行接收，那么光电元件所接收到的就是总共达200条光栅刻线的集体作用的结果，光电元件的输出是这200条刻线共同对光调制结果的总和。 假定其中某一刻线的位置偏移了1 um，则它所造成的光电元件的输出相当于整个光栅的偏差约为0.07um。 莫尔条纹的这种误差平均效应使得它在应用中对光栅质量的要求可以大大降低，这对高精度的测量非常有利。 　　　9.6.2 计量光栅的组成 计量光栅作为一个完整的测量装置包括光栅读数头、光栅数显表两大部分。 　　光栅读数头利用光栅原理把输入量（位移量）转换成响应的电信号 　　光栅数显表是实现细分、辨向和显示功能的电子系统。 1. 光电转换 光电转换装置（光栅读数头）主要由主光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。主光栅的有效长度即为测量范围。指示光栅比主光栅短得多，但两者一般刻有同样的栅距，使用时两光栅互相重叠，两者之间有微小的空隙。 主光栅一般固定在被测物体上，且随被测物体一起移动，其长度取决于测量范围，指示光栅相对于光电元件固定。 光栅读数头结构示意图 　　莫尔条纹是一个明暗相间的带。两条暗带中心线之间的光强变化是从最暗到渐暗，到渐亮，一直到最亮，又从最亮经渐亮到渐暗， 再到最暗的渐变过程。 　　主光栅移动一个栅距W，光强变化一个周期，若用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化，则将光信号转换为电信号，光强变化理想情况为三角形，实际接近于正弦周期函数（原因：两块光栅间有间隙、光线的衍射、刻线边缘不平与弯曲等），如以电压输出，即 输出电压反映了位移量的大小。当x从0变化到W时，相当于角度变化了3600，一个栅距W对应一个信号周期。如果采用50线∕mm的光栅，当主光栅移动了xmm，指示光栅上的莫尔条纹就移动了50x条；反之，将此条数用计数器记录，就可知道移动的相对距离。 计量光栅的位移过程 2. 辨向与细分 光栅读数头实现了位移量由非电量转换为电量，位移是向量， 因而对位移量的测量除了确定大小之外，还应确定其方向。 　　光栅数显表由整形放大电路、细分电路、辨向