项目九---数字式传感器.pptVIP

数字式传感器;一、光栅的结构和莫尔条纹现象

在一块长方形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，图9-1所示为透射光栅的示意图。;的遮光和透光效应形成的。当夹角θ减小时，条纹间距BH增大；反之，条纹间距BH减小。;两光栅线纹夹角θ之间的位置图

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，如果光栅作反

向移动，条纹移动方向也相反。它们之间的位置关系如

图9-3所示。;两个光栅中一个光栅固定不动，称为指示光栅；另一个移动的光栅称为标尺光栅，又称为

主光栅。主光栅相对指示光栅的移动位移就是被测位移。因此，被测位移每移动一个栅距

W，莫尔条纹移动一个间距BH，这时在指示光栅后面的光电元件就可以得到一个脉冲信号，通

过计数脉冲信号的数目n，就可以得到被测位移x的大小。它们之间的关系为;;利用光栅莫尔条纹现象，可以通过测量莫尔条纹的移动数，来测量两光栅的相对位移；可以通过测量莫尔条纹的移动方向，测量光栅的移动方向；可以利用莫尔条纹的误差平均效应，进行精密位移测量。;;由公式(9-5)可知，光电元件输出的电压信号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360°，如果光栅再移动一个栅距时，相当于角度又变化了360°。设其变化的频率为f，那么

f＝x／W;2光栅数显表

光栅读数头实现了位移量由非电量转换为电量的过程。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。为了区分位移的方向，进一步提高测量的精度，以及实现数字显示的目的，必须把光栅读数头的输出信号送入数显表作进一步的处理。光栅数显表由整形放大电路、细分电路、辨向电路及数字显示电路等组成。;得到两个相位差π／2的电信号u1和u2(图中波形是消除直流分量后的交流分量)，经过整形后得两个方波信号u′和u′2。图96辨向的工作原理及其逻辑电路;(2)细分技术

在前面讨论的光栅测量原理中可知，以移过的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为光栅栅距。为了提高分辨率和测量比栅距更小的位移量，可采用细分技术。所谓细分，就是在莫尔条纹信号变化的一个周期内，发出假设干个脉冲，以减小脉冲当量，如一个周期内发出n个脉冲，即可使测量精度提高到n倍，而每个脉冲相当于原来栅距的1／n。由于细分后计数脉冲频率提高到了n倍，因此也称为n倍频。细分方法有机械细分法和电子细分法两类，下面介绍电子细分法中常用的四倍频细分法，这种细分法也是许多其他细分法的根底。;图9-7四倍频细分法光电元件安装示意图;;由＝2πi／n时，Ui＝0使过零比较器电平翻转，输出细分信号。用电桥细分法可以到达比较高的精度，但是电路比较复杂，对电路中元器件的精度和稳定性要求较高。同样，还可以实现细分的方法有：电平细分法，调制信号细分法和锁相细分法等，具体实现方法请参考相关资料。;零位光栅分单刻线的零位光栅和多刻线的零位光栅。单刻线的零位光栅刻线是一条宽度与主光栅栅距相等的透光狭缝，即在主光栅和指示光栅某一侧再刻制一对互相平行的零位光栅刻线，与主光栅用同一光源，经光电元件转换后形成绝对零位的输出信号。多刻线的零位光栅通常是由一组非等间隔、非等宽度的黑白条纹按一定的规律排列组成。当零位光栅从重叠位置开始相对移动时，透过线缝的光通量随位移的变化而变化，经光电元件转换后形成绝对零位的输出信号。;1光栅式万能测长仪图9-10所示是一种光栅式万能测长仪工作原理图。其主光栅采用透射式黑白光栅，光栅栅距W＝001mm，指示光栅采用四裂相光栅，发射光源采用红外发光二极管，接收采用光电三极管，两光栅之间的间隙为002mm~0035mm，利用四裂相指示光栅获得四路信号，经放大、整形、细分和辨向电路，进入可逆计数器计数，同时由显示电路显示。;2圆形光栅传感器在角位移测量中的应用在角位移测量中常采用圆形光栅对变量进行测量，其根本结构主要有光栅转盘、光电二极管、光敏三极管、光／电脉冲转换电路、转轴、壳体及接线盒等部件。两组光电二极管和光敏三极管在测量空间以一定相位(可定为90°相位)关系分别置于光栅转盘两侧，光栅转盘与机械转角同步转动，使光敏三极管随机械转角变化导通或截止，并通过光／电变换电路模块输出具有一定相位差的两组增量式脉冲信号。其根本结构与光电变换原理如图9-11所示。;光栅测量的光电变换电路原理图如图9-12所示。;任务二感应同步器;2)抗干扰能力强。感应同步器在一个节距内是一个绝对测量装置，在任何时间内都可给出仅与位置相对应的单值电压信号，因而瞬时作用的偶然干扰信号在其消失后不再有影响。平面绕组的阻抗很小，受外界干扰电场的影响很小。;一、感应同步器的结构;(a)定尺；(b)滑尺0-1mm以下，容许通过的电