5.3 光柵傳感器.ppt

5 3光柵傳感器 5 3 1光柵傳感器的結(jié)構(gòu)5 3 2莫爾條紋形成的原理5 3 3莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn)5 3 4光柵的光路5 3 5辨向原理5 3 6細(xì)分技術(shù) 上一頁 下一頁 返回 5 3 1光柵傳感器的結(jié)構(gòu) 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 上一頁 下一頁 返回 光柵傳感器測(cè)量位移的原理 當(dāng)標(biāo)尺光柵 主光柵 相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí) 形成的莫爾條紋產(chǎn)生亮暗交替變化 利用光電接收元件將莫爾條紋亮暗變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào) 并用數(shù)字顯示 便可測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離 光柵傳感器光源 鎢絲燈泡 輸出功率較大 工作范圍較寬 40 到 130 與光電元件相組合的轉(zhuǎn)換效率低 在機(jī)械振動(dòng)和沖擊條件下工作時(shí) 使用壽命將降低 半導(dǎo)體發(fā)光器件 轉(zhuǎn)換效率高 響應(yīng)快速 如砷化鎵發(fā)光二極管 與硅光敏三極管相結(jié)合 轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)30 左右 砷化鎵發(fā)光二極管的脈沖響應(yīng)速度約為幾十ns 可以使光源工作在觸發(fā)狀態(tài) 從而減小功耗和熱耗散 上一頁 下一頁 返回 光柵副 指示光柵 主光柵 標(biāo)尺光柵 a b W稱為光柵的柵距 或光柵常數(shù) 通常情況下 a b W 2 上一頁 下一頁 返回 光電元件 包括有光電池和光敏三極管等部分 在采用固態(tài)光源時(shí) 需要選用敏感波長(zhǎng)與光源相接近的光敏元件 以獲得高的轉(zhuǎn)換效率 在光敏元件的輸出端 常接有放大器 通過放大器得到足夠的信號(hào)輸出以防干擾的影響 上一頁 下一頁 返回 5 3 2莫爾條紋形成的原理 橫向莫爾條紋的斜率 莫爾條紋間距 莫爾條紋的寬度BH由光柵常數(shù)與光柵夾角決定 上一頁 下一頁 返回 5 3 3莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn) 1 調(diào)整夾角即可得到很大的莫爾條紋的寬度 起到了放大作用 又提高了測(cè)量精度 2 莫爾條紋的光強(qiáng)度變化近似正弦變化 便于將電信號(hào)作進(jìn)一步細(xì)分 即采用 倍頻技術(shù) 這樣可以提高測(cè)量精度或可以采用較粗的光柵 3 光電元件對(duì)于光柵刻線的誤差起到了平均作用 刻線的局部誤差和周期誤差對(duì)于精度沒有直接的影響 因此可得到比光柵本身的刻線精度高的測(cè)量精度 這是用光柵測(cè)量和普通標(biāo)尺測(cè)量的主要差別 上一頁 下一頁 返回 徑向光柵進(jìn)行角度測(cè)量 當(dāng)標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 條紋即沿徑向移動(dòng) 測(cè)出條紋移動(dòng)數(shù)目 即可得到標(biāo)尺光柵相對(duì)指示光柵轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 上一頁 下一頁 返回 5 3 4光柵的光路 透射光路反射光路 上一頁 下一頁 返回 1 透射式光路 1 光源2 準(zhǔn)直透鏡3 主光柵4 指示光柵5 光電元件 此光路適合于粗柵距的黑白透射光柵 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 位置緊湊 調(diào)整使用方便 應(yīng)用廣泛 上一頁 下一頁 返回 2 反射式光路 1反射主光柵2 指示光柵3 場(chǎng)鏡4 反射鏡5 聚光鏡6 光源7 物鏡8 光電電池 該光路適用于黑白反射光柵 上一頁 下一頁 返回 5 3 5辨向原理 單個(gè)光電元件接收一固定點(diǎn)的莫爾條紋信號(hào) 只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動(dòng)方向 因而就不能判別運(yùn)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)方向 以致不能正確測(cè)量位移 如果能夠在物體正向移動(dòng)時(shí) 將得到的脈沖數(shù)累加 而物體反向移動(dòng)時(shí)可從已累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)的脈沖數(shù) 這樣就能得到正確的測(cè)量結(jié)果 上一頁 下一頁 返回 辨向光路設(shè)置 在相距的位置上設(shè)置兩個(gè)光電元件1和2 以得到兩個(gè)相位互差90 的正弦信號(hào) 上一頁 下一頁 返回 辨向電路 正向移動(dòng)時(shí)脈沖數(shù)累加 反向移動(dòng)時(shí) 便從累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)所得到的脈沖數(shù) 這樣光柵傳感器就可辨向 上一頁 下一頁 返回 上一頁 下一頁 返回 辨向電路各點(diǎn)波形圖 5 3 6細(xì)分技術(shù) 提高分辨力方法 在選擇合適的光柵柵距的前提下 以對(duì)柵距進(jìn)行測(cè)微 電子學(xué)中稱 細(xì)分 來得到所需的最小讀數(shù)值 細(xì)分就是在莫爾條紋變化一周期時(shí) 不只輸出一個(gè)脈沖 而是輸出若干個(gè)脈沖 以減小脈沖當(dāng)量提高分辨力 上一頁 下一頁 返回 1 直接細(xì)分 直接細(xì)分又稱位置細(xì)分 常用的細(xì)分?jǐn)?shù)為4 四細(xì)分可用4個(gè)依次相距的光電元件 在莫爾條紋的一個(gè)周期內(nèi)將產(chǎn)生4個(gè)計(jì)數(shù)脈沖 實(shí)現(xiàn)了四細(xì)分 優(yōu)點(diǎn) 對(duì)莫爾條紋信號(hào)波形要求不嚴(yán)格 電路簡(jiǎn)單 可用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng) 缺點(diǎn) 光電元件安放困難 細(xì)分?jǐn)?shù)不能太高 上一頁 下一頁 返回 上一頁 下一頁 返回 未細(xì)分 a 與細(xì)分 b 的波形比較 2 電阻電橋細(xì)分法 矢量和法 用