1、河南工業職業技術學院電氣工程系第五講 光柵傳感器一、光柵的種類和結構二、光柵傳感器的構成三、莫爾條紋的形成原理及特點四、莫爾條紋測量位移五、細分技術六、辨向技術Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 光柵傳感器是根據莫爾條紋原理制成的一種脈沖輸出數字式傳感器，它廣泛應用于數控機床等閉環系統的線位移和角位移的自動檢測以及精密測量方面，測量精度可達幾微米。只要能夠轉換成位移的物理量，如速度、加速度、振動、變形等

2、，均可測量。一、光柵的類型和結構Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.光柵透射式光柵反射式光柵通常是由在表面上按一定間隔制成透光和不透光的條紋的玻璃構成在金屬光潔的表面上按一定間隔制成全反射和漫反射的條紋。光柵長光柵圓光柵測量線位移的光柵為矩形并隨被測長度增加而加長測量角位移的光柵為圓形1、光柵的類型Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.

3、5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.尺身尺身安裝孔 反射式掃描頭 （與移動部件固定）掃描頭安裝孔可移動電纜2、光柵的外形及結構防塵保護罩的內部為長磁柵Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.長光柵圓光柵Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client

4、Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 通常a=b；光柵的精度越高，柵距W就越小；一般柵距可由刻線密度算出，刻線密度為25，50，100，250條/mm。3、柵距 黑白透射直線光柵是在鍍有鋁箔的光學玻璃上，均勻地刻上許多明暗相間，寬度相同的透光線，稱為柵線。設柵線寬為a，線間縫寬為b，a+b=W稱為光柵節距(柵距)。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty

5、 Ltd.二、光柵傳感器的構成 對于線位移測量，兩塊光柵長短不等，長的隨運動部件移動，稱為標尺光柵，短的固定安放，稱指示光柵；而測量角位移時，一塊圓光柵固定，另一塊隨轉動部件轉動。光柵傳感器結構為：光柵傳感器由光源、透鏡、光柵副（主光柵和指示光柵）和光電接收元件組成。如圖5-5-1所示。圖5-5-1光柵傳感器的組成Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.三、莫爾條紋的形成原理及特點 當兩塊光柵互相靠近且沿刻線

6、方向保持有一個夾角時，兩塊光柵的暗條與亮條重合的地方，使光線透不過去，形成一條暗帶 ；而亮條與亮條重合的地方，部分光線得以通過，形成一條亮帶 。這種亮帶與暗帶形成的條紋稱為莫爾條紋。1、莫爾條紋的形成原理圖5-5-2 莫爾條紋Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.BEvaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5

7、.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.2、莫爾條紋的寬度（為主光柵和指示光柵刻線的夾角，弧度）設a=b=W/2，則所以，當很小時，Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3、莫爾條紋的特點1）莫爾條紋的移動方向與光柵夾角有對應關系 當主光柵沿柵線垂直方向移動時，莫爾條紋沿著夾角平分線（近似平行于柵線）方向移動表5-1莫爾條紋和光柵移動方向與夾角轉向之間的關系標尺光

8、柵相對指示光柵的轉角方向標尺光柵移動方向莫爾條紋移動方向 順時針方向向左向上向右向下逆時針方向向左向下向右向上Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.2）光學放大作用由公式B=W/可知，當W一定，而較小時，可使W。 如：長光柵在一毫米內刻線為100條， 0.00029 rad，則：B=0.01/0.000293.44mm，放大344倍。 放大倍數可通過改變角連續變化，從而獲得任意粗細的莫爾條紋，即光柵具有連續

9、變倍的作用。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.四、莫爾條紋測量位移 光柵每移過一個柵距W，莫爾條紋就移過一個間距B。通過測量莫爾條紋移過的數目，即可得出光柵的位移量。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 由于光柵的

10、遮光作用，透過光柵的光強隨莫爾條紋的移動而變化，變化規律接近于一直流信號和一交流信號的疊加。固定在指示光柵一側的光電轉換元件的輸出，可以用光柵位移量X的正弦函數表示，如圖5-5-3所示。只要測量波形變化的周期數N（等于莫爾條紋移動數）就可知道光柵的位移量X，其數學表達式為圖5-5-3 光電元件輸出與光柵位移的關系X=NWEvaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3自由度光柵數顯表Evaluation only.

11、Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.安裝有直線光柵的數控機床加工實況 防護罩內為直線光柵光柵掃描頭被加工工件切削刀具角編碼器安裝在夾具的端部Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.五、細分技術 當使用一個光電池通過判斷信號周期的方法來進行位移測量時，最

12、小分辨力為1個柵距。為了提高測量的精度，提高分辨力，可使柵距減小，即增加刻線密度。另一種方法是在雙光電元件的基礎上，經過信號調節環節對信號進行細分. 例如100線光柵的W=0.01mm，若n=4，則分辨率可從0.01mm提高到0.0025mm。因為細分后計數脈沖提高了n倍，因此也稱之為n倍頻。細分就是在莫爾條紋變化一周期時，不只輸出一個脈沖，而是輸出若干個脈沖，以減小脈沖當量提高分辨力。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspos

13、e Pty Ltd.優點：對莫爾條紋信號波形要求不嚴格，電路簡單，可用于靜態和動態測量系統。缺點：光電元件安放困難，細分數不能太高。直接細分又稱位置細分，常用的細分數為4。四細分可用4個依次相距的光電元件，在莫爾條紋的一個周期內將產生4個計數脈沖，實現了四細分。如圖5-5-4所示。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖5-5-4 四細分Evaluation only.Created with Aspos

14、e.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖5-5-5 光柵傳感器電流型輸出信號(a)正弦信號;(b)整形后的信號;(c)5倍頻處理后的信號Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 在相距的位置上設置兩個光電元件1和2，以得到兩個相位互差90的正弦信號。 上一頁下一頁返 回Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client