第4章 光電式傳感器

1、x1光量光量光量光量電量電量x2輸出輸出常用光源常用光源發(fā)光器件發(fā)光器件物體輻射光物體輻射光白熾光源白熾光源氣體放電光源氣體放電光源發(fā)光二極管發(fā)光二極管激光器激光器GaP、SiC可見(jiàn)光可見(jiàn)光LEDGaAs紅外紅外LEDhE 02021Amh02021Amh 電極光電導(dǎo)微安表有光照時(shí)光電極光電導(dǎo)微安表無(wú)光照時(shí)PN光照內(nèi)E 型型號(hào)號(hào) 光光譜譜響響應(yīng)應(yīng)范范圍圍(A。) 最最佳佳靈靈敏敏度度波波長(zhǎng)長(zhǎng)(A。) 最最小小陰陰極極靈靈敏敏度度(uA/lm) 陽(yáng)陽(yáng)極極工工作作電電壓壓(V) 暗暗電電流流(A) 環(huán)環(huán)境境溫溫度度() GD-5 2000 6000 3800 4200 30 3 30 0 3 31

2、 10 0- -1 11 1 5 - 35 GD-6 6000 11000 7000 9000 10 3 30 0 8 81 10 0- -1 11 1 5 - 35 GD-7 3000 8500 4500 45 1 10 00 0 8 81 10 0- -1 11 1 40 靈敏度高靈敏度高簡(jiǎn)述下圖中廣泛應(yīng)用于自動(dòng)曝光照相機(jī)中的光控延時(shí)簡(jiǎn)述下圖中廣泛應(yīng)用于自動(dòng)曝光照相機(jī)中的光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的工作原理。開(kāi)關(guān)的工作原理。KA為繼電器。為繼電器。R1為光敏電阻，開(kāi)關(guān)為光敏電阻，開(kāi)關(guān)SA為快門(mén)控制開(kāi)關(guān)。（注意：曝光開(kāi)始前開(kāi)關(guān)斷開(kāi)為快門(mén)控制開(kāi)關(guān)。（注意：曝光開(kāi)始前開(kāi)關(guān)斷開(kāi))A1 AR1+UccKA+VRE

3、FC 光欄光欄R2SANNP光檢測(cè)器發(fā)射光反射光手指光發(fā)射器示顯處理變換信號(hào)光傳感器V5LED270k68CB掃描筆光敏三極管發(fā)光二極管條形碼卡片條形碼掃描方向光電掃描筆脈沖列OUTU熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器o生物機(jī)電2、熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用、熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用n 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線(xiàn)而輸出電信號(hào)的傳感器。熱釋電發(fā)射的紅外線(xiàn)而輸出電信號(hào)的傳感器。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測(cè)器，它可以作為紅外激光的一種較理輻射探測(cè)器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測(cè)

4、器。它目標(biāo)正在被廣泛的應(yīng)用到各種想的探測(cè)器。它目標(biāo)正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動(dòng)化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自自動(dòng)化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自動(dòng)開(kāi)關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)動(dòng)開(kāi)關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景看好。比如：在房間無(wú)人時(shí)會(huì)自動(dòng)域應(yīng)用前景看好。比如：在房間無(wú)人時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)的空調(diào)機(jī)、飲水機(jī)。電視機(jī)能判斷無(wú)人觀停機(jī)的空調(diào)機(jī)、飲水機(jī)。電視機(jī)能判斷無(wú)人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺(jué)后自動(dòng)關(guān)機(jī)的機(jī)構(gòu)。開(kāi)啟監(jiān)看或觀眾已經(jīng)睡覺(jué)后自動(dòng)關(guān)機(jī)的機(jī)構(gòu)。開(kāi)啟監(jiān)視器或自動(dòng)門(mén)鈴上的應(yīng)用。結(jié)合攝影機(jī)或數(shù)碼視器或自動(dòng)門(mén)鈴上的應(yīng)用。結(jié)合攝影機(jī)或數(shù)碼照相機(jī)自動(dòng)記錄動(dòng)物或人的活動(dòng)等等照相機(jī)自動(dòng)記錄動(dòng)

5、物或人的活動(dòng)等等。您。您可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其它電路開(kāi)發(fā)可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其它電路開(kāi)發(fā)出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品?；蜃詣?dòng)化控制裝置。出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品。或自動(dòng)化控制裝置。 超小紅外人體檢測(cè)組件超小紅外人體檢測(cè)組件 模塊引腳說(shuō)明：模塊引腳說(shuō)明：1：公共地：公共地線(xiàn)線(xiàn) 2：信號(hào)輸出：信號(hào)輸出 3：電壓正極：電壓正極 紅外自動(dòng)干手機(jī)紅外自動(dòng)干手機(jī) 制作干手機(jī)可參考隨機(jī)延時(shí)電路和固定延時(shí)制作干手機(jī)可參考隨機(jī)延時(shí)電路和固定延時(shí)電路。交流負(fù)載采用光電耦合式過(guò)零模塊為佳。電路。交流負(fù)載采用光電耦合式過(guò)零模塊為佳。注意：人感器必須隔熱，出風(fēng)口與感應(yīng)窗口要分注意：人感器必須隔熱，出風(fēng)口與感應(yīng)窗口要分離

6、。離。 SiO2。帶負(fù)電的電子被吸引緊靠帶負(fù)電的電子被吸引緊靠Si-SiO2界面，當(dāng)電壓高到一定值，形成界面，當(dāng)電壓高到一定值，形成對(duì)電子而言的勢(shì)阱，電子一旦進(jìn)入就不能復(fù)出，電壓越高，產(chǎn)生的對(duì)電子而言的勢(shì)阱，電子一旦進(jìn)入就不能復(fù)出，電壓越高，產(chǎn)生的勢(shì)阱越深。形象地把勢(shì)阱想想像成一個(gè)容器，把聚集在里面的電子勢(shì)阱越深。形象地把勢(shì)阱想想像成一個(gè)容器，把聚集在里面的電子想像成液體。勢(shì)阱積累電子的容量取決于勢(shì)阱的深度。可見(jiàn)想像成液體。勢(shì)阱積累電子的容量取決于勢(shì)阱的深度?？梢?jiàn)MOS電容器有存儲(chǔ)電荷的作用。電容器有存儲(chǔ)電荷的作用。勢(shì)阱的形成：勢(shì)阱的形成：二、光固態(tài)圖象傳感器二、光固態(tài)圖象傳感器 光固態(tài)圖象傳

7、感器由光敏元件陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件光固態(tài)圖象傳感器由光敏元件陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件集合而成。集合而成。CCD自自1970年問(wèn)世以后，由于它的低噪聲年問(wèn)世以后，由于它的低噪聲等特點(diǎn)，等特點(diǎn)，CCD圖象傳感器廣泛的被應(yīng)用在微光電視攝圖象傳感器廣泛的被應(yīng)用在微光電視攝像、信息存儲(chǔ)和信息處理等方面。像、信息存儲(chǔ)和信息處理等方面。1 1CCDCCD的結(jié)構(gòu)和基本原理的結(jié)構(gòu)和基本原理襯底型SiP）（nmSiO 1202123nn輸入二極管輸出二極管nn電極金屬Al 當(dāng)向當(dāng)向SiO2表面的電極加正偏壓時(shí)，表面的電極加正偏壓時(shí)， P型硅襯底接型硅襯底接地，地，P型硅襯底中形成耗盡區(qū)（勢(shì)阱），耗盡區(qū)的深型硅襯底中形成耗

8、盡區(qū)（勢(shì)阱），耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加大。其中的少數(shù)載流子（電子）度隨正偏壓升高而加大。其中的少數(shù)載流子（電子）被吸收到最高正偏壓電極下的區(qū)域內(nèi)（如圖中被吸收到最高正偏壓電極下的區(qū)域內(nèi)（如圖中1極極下），形成電荷包（勢(shì)阱）。對(duì)于下），形成電荷包（勢(shì)阱）。對(duì)于N型硅襯底的型硅襯底的CCD器件，電極加正偏壓時(shí)，少數(shù)載流子為空穴。器件，電極加正偏壓時(shí)，少數(shù)載流子為空穴。SiP型123nnS二極管輸入S二極管輸出nn耗盡區(qū)123t1t2t3t4t0如何實(shí)現(xiàn)電荷定向轉(zhuǎn)移呢？如何實(shí)現(xiàn)電荷定向轉(zhuǎn)移呢？電荷轉(zhuǎn)移的控制方法，電荷轉(zhuǎn)移的控制方法，非常類(lèi)似于步進(jìn)電極的步非常類(lèi)似于步進(jìn)電極的步進(jìn)控制方式。也有二相

9、、進(jìn)控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。三相等控制方式之分。結(jié)果：結(jié)果：隨著控制脈沖的分配，少數(shù)載流子便從CCD的一端轉(zhuǎn)移到最終端。終端的輸出二極管搜集了少數(shù)載流子，送入放大器處理，便實(shí)現(xiàn)電荷移動(dòng)。SiP型123nnS二極管輸入S二極管輸出nn耗盡區(qū)2 2線(xiàn)型線(xiàn)型CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器 線(xiàn)型線(xiàn)型CCD圖像傳感器由一列光敏元件與一列圖像傳感器由一列光敏元件與一列CCD并行且對(duì)應(yīng)的構(gòu)并行且對(duì)應(yīng)的構(gòu)成一個(gè)主體成一個(gè)主體,在它們之間設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)移控制柵在它們之間設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)移控制柵,如圖如圖 (a)所示。在每一所示。在每一個(gè)光敏元件上都有一個(gè)梳狀公共電極個(gè)光敏元件上都有一個(gè)梳狀公共電極,由一

10、個(gè)由一個(gè)P型溝阻使其在電氣上型溝阻使其在電氣上隔開(kāi)。當(dāng)入射光照射在光敏元件陣列上隔開(kāi)。當(dāng)入射光照射在光敏元件陣列上,梳狀電極施加高電壓時(shí)梳狀電極施加高電壓時(shí),光敏光敏元件聚集光電荷元件聚集光電荷,進(jìn)行光積分進(jìn)行光積分,光電荷與光照強(qiáng)度和光積分時(shí)間成正比光電荷與光照強(qiáng)度和光積分時(shí)間成正比。在光積分時(shí)間結(jié)束時(shí)。在光積分時(shí)間結(jié)束時(shí),轉(zhuǎn)移柵上的電壓提高轉(zhuǎn)移柵上的電壓提高(平時(shí)低電壓平時(shí)低電壓),與與CCD對(duì)對(duì)應(yīng)的電極也同時(shí)處于高電壓狀態(tài)。然后應(yīng)的電極也同時(shí)處于高電壓狀態(tài)。然后,降低梳狀電極電壓，各光敏降低梳狀電極電壓，各光敏元件中所積累的光電電荷并行地轉(zhuǎn)移到移位寄存器中。當(dāng)轉(zhuǎn)移完畢元件中所積累的光電電

11、荷并行地轉(zhuǎn)移到移位寄存器中。當(dāng)轉(zhuǎn)移完畢,轉(zhuǎn)移柵電壓降低轉(zhuǎn)移柵電壓降低,梳妝電極電壓回復(fù)原來(lái)的高電壓狀態(tài)梳妝電極電壓回復(fù)原來(lái)的高電壓狀態(tài),準(zhǔn)備下一次光準(zhǔn)備下一次光積分周期。同時(shí)積分周期。同時(shí),在電荷耦合移位寄存器上加上時(shí)鐘脈沖在電荷耦合移位寄存器上加上時(shí)鐘脈沖,將存儲(chǔ)的電將存儲(chǔ)的電荷從荷從CCD中轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)移,由輸出端輸出。這個(gè)過(guò)程重復(fù)地進(jìn)行就得到相繼的由輸出端輸出。這個(gè)過(guò)程重復(fù)地進(jìn)行就得到相繼的行輸出行輸出,從而讀出電荷圖形。從而讀出電荷圖形。）光積分單元（感光單元不透光的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)移柵）光積分單元（感光單元不透光的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)移柵L12345678910 目前，實(shí)用的線(xiàn)型目前，實(shí)

12、用的線(xiàn)型CCD圖像傳感器為雙行結(jié)構(gòu)，如圖像傳感器為雙行結(jié)構(gòu)，如圖（圖（b）所示。單、雙數(shù)光敏元件中的信號(hào)電荷分別轉(zhuǎn)）所示。單、雙數(shù)光敏元件中的信號(hào)電荷分別轉(zhuǎn)移到上、下方的移位寄存器中，然后，在控制脈沖的作移到上、下方的移位寄存器中，然后，在控制脈沖的作用下，自左向右移動(dòng)，在輸出端交替合并輸出，這樣就用下，自左向右移動(dòng)，在輸出端交替合并輸出，這樣就形成了原來(lái)光敏信號(hào)電荷的順序。形成了原來(lái)光敏信號(hào)電荷的順序。光積分區(qū)不透光的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)移柵不透光的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)3 3面型面型CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器 面型面型CCD圖像傳感器由感光區(qū)、信號(hào)存儲(chǔ)區(qū)圖像傳感器由感光區(qū)、信號(hào)存儲(chǔ)區(qū)和輸出轉(zhuǎn)移部

13、分組成。目前存在三種典型結(jié)構(gòu)和輸出轉(zhuǎn)移部分組成。目前存在三種典型結(jié)構(gòu)形式。形式。 圖圖(a)所示結(jié)構(gòu)由行掃描電路、垂直輸出寄所示結(jié)構(gòu)由行掃描電路、垂直輸出寄存器、感光區(qū)和輸出二極管組成。行掃描電路存器、感光區(qū)和輸出二極管組成。行掃描電路將光敏元件內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移到水平（行）方向上將光敏元件內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移到水平（行）方向上，由垂直方向的寄存器將信息轉(zhuǎn)移到輸出二極，由垂直方向的寄存器將信息轉(zhuǎn)移到輸出二極管，輸出信號(hào)由信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換為視頻圖像管，輸出信號(hào)由信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換為視頻圖像信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)易于引起圖像模糊。信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)易于引起圖像模糊。二相驅(qū)動(dòng)視頻輸出 行行掃掃描描發(fā)發(fā)生生器器輸出寄存器檢波二極

14、管二相驅(qū)動(dòng)感光區(qū)溝阻P1 P2P3P1 P2P3P1 P2P3 感光區(qū) 存儲(chǔ)區(qū)析像單元 視頻輸出輸出柵串行讀出面型CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)(a)(b) 圖（b）所示結(jié)構(gòu)增加了具有公共水平方向電極的不透光的信息存儲(chǔ)區(qū)。在正常垂直回掃周期內(nèi)，具有公共水平方向電極的感光區(qū)所積累的電荷同樣迅速下移到信息存儲(chǔ)區(qū)。在垂直回掃結(jié)束后，感光區(qū)回復(fù)到積光狀態(tài)。在水平消隱周期內(nèi)，存儲(chǔ)區(qū)的整個(gè)電荷圖像向下移動(dòng)，每次總是將存儲(chǔ)區(qū)最底部一行的電荷信號(hào)移到水平讀出器，該行電荷在讀出移位寄存器中向右移動(dòng)以視頻信號(hào)輸出。當(dāng)整幀視頻信號(hào)自存儲(chǔ)移出后，就開(kāi)始下一幀信號(hào)的形成。該CCD結(jié)構(gòu)具有單元密度高、電極簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但增加了存儲(chǔ)器

15、。光柵報(bào)時(shí)鐘光柵報(bào)時(shí)鐘二相驅(qū)動(dòng)二相驅(qū)動(dòng)輸出寄存器輸出寄存器檢波二極管檢波二極管 視頻輸出視頻輸出垂直轉(zhuǎn)移垂直轉(zhuǎn)移寄存器寄存器感光區(qū)感光區(qū)二相驅(qū)動(dòng)二相驅(qū)動(dòng)(c) 圖圖(c)所示結(jié)構(gòu)是用得最所示結(jié)構(gòu)是用得最多的一種結(jié)構(gòu)形式。它將圖多的一種結(jié)構(gòu)形式。它將圖(b)中感光元件與存儲(chǔ)元件中感光元件與存儲(chǔ)元件相隔排列。即一列感光單元相隔排列。即一列感光單元，一列不透光的存儲(chǔ)單元交，一列不透光的存儲(chǔ)單元交替排列。在感光區(qū)光敏元件替排列。在感光區(qū)光敏元件積分結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)移控制柵打積分結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)移控制柵打開(kāi)，電荷信號(hào)進(jìn)入存儲(chǔ)區(qū)。開(kāi)，電荷信號(hào)進(jìn)入存儲(chǔ)區(qū)。隨后，在每個(gè)水平回掃周期隨后，在每個(gè)水平回掃周期內(nèi)，存儲(chǔ)區(qū)中整個(gè)

16、電荷圖像內(nèi)，存儲(chǔ)區(qū)中整個(gè)電荷圖像一次一行地向上移到水平讀一次一行地向上移到水平讀出移位寄存器中。接著這一出移位寄存器中。接著這一行電荷信號(hào)在讀出移位寄存行電荷信號(hào)在讀出移位寄存器中向右移位到輸出器件，器中向右移位到輸出器件，形成視頻信號(hào)輸出。這種結(jié)形成視頻信號(hào)輸出。這種結(jié)構(gòu)的器件操作簡(jiǎn)單，但單元構(gòu)的器件操作簡(jiǎn)單，但單元設(shè)計(jì)復(fù)雜，感光單元面積減設(shè)計(jì)復(fù)雜，感光單元面積減小，圖像清晰。小，圖像清晰。 數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器: 把輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出把輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度和分辨力高，抗干擾能力強(qiáng)，：測(cè)量精度和分辨力高，抗干擾能力強(qiáng)， 能避免在讀標(biāo)尺和曲線(xiàn)圖時(shí)產(chǎn)生的人為能避免在讀

17、標(biāo)尺和曲線(xiàn)圖時(shí)產(chǎn)生的人為 誤差，便于用計(jì)算機(jī)處理。誤差，便于用計(jì)算機(jī)處理。最簡(jiǎn)單的數(shù)字式傳感器是最簡(jiǎn)單的數(shù)字式傳感器是編碼器編碼器(ADE) 角度數(shù)字編碼器（碼盤(pán)）或直線(xiàn)位移編碼器（碼尺）角度數(shù)字編碼器（碼盤(pán)）或直線(xiàn)位移編碼器（碼尺）原理分類(lèi)：電觸式、電容式、感應(yīng)式和光電式等原理分類(lèi)：電觸式、電容式、感應(yīng)式和光電式等 l用光電方法把被測(cè)角位移轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形用光電方法把被測(cè)角位移轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換部件。式表示的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換部件。1光源光源 2柱面鏡柱面鏡 3碼盤(pán)碼盤(pán) 4狹縫狹縫 5元件元件 6位二進(jìn)制碼盤(pán)位二進(jìn)制碼盤(pán)根據(jù)碼盤(pán)的起始和終止位置確定轉(zhuǎn)角，與轉(zhuǎn)動(dòng)的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。

18、根據(jù)碼盤(pán)的起始和終止位置確定轉(zhuǎn)角，與轉(zhuǎn)動(dòng)的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。 （1）n位位(n個(gè)碼道個(gè)碼道)的二進(jìn)制碼盤(pán)具有的二進(jìn)制碼盤(pán)具有2n種不同編碼，稱(chēng)其種不同編碼，稱(chēng)其容量為容量為2n， 其最小分辨力其最小分辨力136002n，它的最外圈角節(jié)，它的最外圈角節(jié)距為距為21；（2）二進(jìn)制碼為有權(quán)碼，編碼）二進(jìn)制碼為有權(quán)碼，編碼Cn,Cn-1，C1對(duì)應(yīng)于由零對(duì)應(yīng)于由零位算起的轉(zhuǎn)角為：位算起的轉(zhuǎn)角為：（3）碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)中，）碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)中，CK變化時(shí)，所有變化時(shí)，所有Cj(jK)應(yīng)同時(shí)變化。應(yīng)同時(shí)變化。1112iniiC上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l研究背景：研究背景： 要求各個(gè)碼道刻劃精確，彼此對(duì)準(zhǔn)，這給碼要求各個(gè)碼道刻劃精確，

19、彼此對(duì)準(zhǔn)，這給碼盤(pán)制作造成很大困難。盤(pán)制作造成很大困難。由于微小的制作誤差，由于微小的制作誤差，只要有只要有個(gè)碼道提前或延后改變，就可能造個(gè)碼道提前或延后改變，就可能造成輸出的粗大誤差。成輸出的粗大誤差。 要達(dá)到要達(dá)到1/左右的分辨率，二進(jìn)制碼盤(pán)需要采左右的分辨率，二進(jìn)制碼盤(pán)需要采用用20或或21位碼盤(pán)。一個(gè)刻劃直徑為位碼盤(pán)。一個(gè)刻劃直徑為400mm的的20位碼盤(pán)其外圈的間隔為稍大于位碼盤(pán)其外圈的間隔為稍大于1m。l消除粗大誤差方法：消除粗大誤差方法：雙讀數(shù)頭法，循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼雙讀數(shù)頭法，循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼雙讀數(shù)頭的缺點(diǎn)是讀數(shù)頭的個(gè)數(shù)增加了雙讀數(shù)頭的缺點(diǎn)是讀數(shù)頭的個(gè)數(shù)增加了一倍。當(dāng)編碼器位

20、數(shù)很多時(shí)，光電元件一倍。當(dāng)編碼器位數(shù)很多時(shí)，光電元件安裝位置也有困難。安裝位置也有困難。 (a) 四位二進(jìn)制碼盤(pán)展開(kāi)圖四位二進(jìn)制碼盤(pán)展開(kāi)圖 (b) 采用雙讀數(shù)頭消除粗大誤差的示意圖采用雙讀數(shù)頭消除粗大誤差的示意圖 圖圖a：A-A正確的值是：正確的值是：1110，若，若A-A中的中的C1碼道過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致碼道過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致A-A值為：值為：0110?；颉；駻-A中的中的C4碼道過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致碼道過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致A-A的值為：的值為：0000（正確的是：（正確的是：1000）。缺點(diǎn)：）。缺點(diǎn)：1110變變?yōu)闉?000時(shí)，每一位相鄰的碼道都要改變。時(shí)，每一位相鄰的碼道都要改變。圖圖b：第：第i碼道碼道ai與與bi兩狹

21、縫的讀數(shù)為：兩狹縫的讀數(shù)為：Ai和和Bi， 而第而第i-1碼道的示數(shù)為碼道的示數(shù)為Ci-1。已知：已知：Ci= Ai，若，若Ci-1=0，則，則Ci= Bi , 若若Ci-1=1，則，則Ci= Ai 即：若低一位的讀數(shù)為即：若低一位的讀數(shù)為1，則按高一位，則按高一位Ai的的 讀數(shù)；若低一位的讀數(shù)為讀數(shù)；若低一位的讀數(shù)為0，則按高一，則按高一 位位Bi的讀數(shù)；的讀數(shù)；(1)n位循環(huán)碼碼盤(pán)具有位循環(huán)碼碼盤(pán)具有2n種不同編碼；種不同編碼；(2)循環(huán)碼碼盤(pán)具有軸對(duì)稱(chēng)性，其最高位相反，其余各位相同；循環(huán)碼碼盤(pán)具有軸對(duì)稱(chēng)性，其最高位相反，其余各位相同；(3)循環(huán)碼為無(wú)權(quán)碼；循環(huán)碼為無(wú)權(quán)碼；(4)循環(huán)碼碼盤(pán)

22、轉(zhuǎn)到相鄰區(qū)域時(shí)，編碼中只有一位發(fā)生變化，循環(huán)碼碼盤(pán)轉(zhuǎn)到相鄰區(qū)域時(shí)，編碼中只有一位發(fā)生變化， 不會(huì)產(chǎn)生粗誤差。不會(huì)產(chǎn)生粗誤差。 iiiiiinnCCRRCCRC114位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼的對(duì)照表位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼的對(duì)照表(a) 并行變換電路并行變換電路 (b)串行變換電路串行變換電路 (a) 并行變換電路并行變換電路 (b)串行變換電路串行變換電路 循環(huán)碼是無(wú)權(quán)碼，直接譯碼有困難，一般先轉(zhuǎn)換為循環(huán)碼是無(wú)權(quán)碼，直接譯碼有困難，一般先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼后再譯碼。二進(jìn)制碼后再譯碼。 光柵傳感器光柵傳感器一一. .光柵及其測(cè)量系統(tǒng)光柵及其測(cè)量系統(tǒng)1.1.光柵的結(jié)構(gòu)類(lèi)型光柵的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 1 1）長(zhǎng)光柵尺）長(zhǎng)光柵尺

23、 主光柵主光柵 指示光柵指示光柵a是柵線(xiàn)是柵線(xiàn)的寬度的寬度b是柵線(xiàn)的是柵線(xiàn)的縫隙寬度縫隙寬度W 是柵距是柵距W =a+b2）圓光柵）圓光柵 刻劃在玻璃盤(pán)上的光柵稱(chēng)為圓光柵也稱(chēng)光柵盤(pán)，刻劃在玻璃盤(pán)上的光柵稱(chēng)為圓光柵也稱(chēng)光柵盤(pán)，用來(lái)測(cè)量角度或角位移。用來(lái)測(cè)量角度或角位移。 根據(jù)柵線(xiàn)刻劃的方向，圓光柵分兩種，根據(jù)柵線(xiàn)刻劃的方向，圓光柵分兩種，一種是一種是徑向光柵，徑向光柵，其柵線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)全部通過(guò)光柵盤(pán)的圓心；其柵線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)全部通過(guò)光柵盤(pán)的圓心；另一種是另一種是切向光柵，切向光柵，其全部柵線(xiàn)與一個(gè)和光柵盤(pán)同其全部柵線(xiàn)與一個(gè)和光柵盤(pán)同心的直徑只有零點(diǎn)兒或幾個(gè)毫米的小圓相切心的直徑只有零點(diǎn)兒或幾個(gè)毫米的小

24、圓相切若按光線(xiàn)的走向，圓光柵只有透射光柵。若按光線(xiàn)的走向，圓光柵只有透射光柵。徑向光柵徑向光柵切向光柵切向光柵2.2.光柵測(cè)量系統(tǒng)（光柵讀數(shù)頭）光柵測(cè)量系統(tǒng)（光柵讀數(shù)頭）二二. .光柵傳感器的工作原理光柵傳感器的工作原理 當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的刻線(xiàn)相交一個(gè)微小當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的刻線(xiàn)相交一個(gè)微小的夾角時(shí)的夾角時(shí), , 光源照射光柵尺，由于擋光效應(yīng)，兩光源照射光柵尺，由于擋光效應(yīng)，兩塊光柵刻線(xiàn)的相交處形成亮帶，而在刻線(xiàn)彼此錯(cuò)塊光柵刻線(xiàn)的相交處形成亮帶，而在刻線(xiàn)彼此錯(cuò)開(kāi)處形成暗帶。在與光柵線(xiàn)紋大致垂直的方向上開(kāi)處形成暗帶。在與光柵線(xiàn)紋大致垂直的方向上, , 產(chǎn)生出亮暗相間的條紋產(chǎn)生出亮暗相間的條

25、紋, , 這些條紋稱(chēng)為這些條紋稱(chēng)為“莫爾條莫爾條紋紋”（莫爾：法語(yǔ)絲綢的波紋）。（莫爾：法語(yǔ)絲綢的波紋）。1.莫爾條紋的形成及其特征莫爾條紋的形成及其特征(重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握)莫爾條紋間距莫爾條紋間距光柵柵距光柵柵距1、指示光柵、指示光柵 2、主光柵、主光柵兩柵尺的夾角兩柵尺的夾角兩柵尺的夾角兩柵尺的夾角莫爾條紋的特征莫爾條紋的特征1) 放大作用放大作用WWBCABBH2422sin22結(jié)論：結(jié)論：放大倍數(shù)為放大倍數(shù)為 1/,1/, 越小越小,B,B越大。越大。例如例如=0.1=0.1時(shí)時(shí) =0.1=0.1=0.1=0.12/360 2/360 =0.00175432rad=0.00175432

26、radW=0.02mm BW=0.02mm BH H=11.4592mm=11.4592mm。 如主光柵沿著刻線(xiàn)垂直方向向右移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋如主光柵沿著刻線(xiàn)垂直方向向右移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋將沿著指示光柵的柵線(xiàn)向上移動(dòng)；反之，當(dāng)主光柵向?qū)⒀刂甘竟鈻诺臇啪€(xiàn)向上移動(dòng)；反之，當(dāng)主光柵向左移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋沿著指示光柵的柵線(xiàn)向下移動(dòng)。左移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋沿著指示光柵的柵線(xiàn)向下移動(dòng)。 因此根據(jù)莫爾條紋移動(dòng)方向就可以對(duì)主光柵的運(yùn)動(dòng)進(jìn)因此根據(jù)莫爾條紋移動(dòng)方向就可以對(duì)主光柵的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行辨向。行辨向。 莫爾條紋的特征莫爾條紋的特征（2） 莫爾條紋移動(dòng)方向莫爾條紋移動(dòng)方向莫爾條紋的特征莫爾條紋的特征（2） 莫爾條紋移動(dòng)方向

27、與光柵移動(dòng)方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系莫爾條紋移動(dòng)方向與光柵移動(dòng)方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系 即：辨別方向性即：辨別方向性主光柵相對(duì)指示主光柵相對(duì)指示光柵的轉(zhuǎn)角光柵的轉(zhuǎn)角主光柵相對(duì)指示主光柵相對(duì)指示光柵的移動(dòng)方向光柵的移動(dòng)方向莫爾條紋的移動(dòng)莫爾條紋的移動(dòng)方向方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角角 向左向左向上向上向右向右向下向下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角角 向左向左向下向下向右向右向上向上 光電元件對(duì)光柵的柵距誤差具有消差作用。光電元件對(duì)光柵的柵距誤差具有消差作用。莫爾條紋由光柵的大量刻線(xiàn)形成莫爾條紋由光柵的大量刻線(xiàn)形成, 對(duì)線(xiàn)紋的刻劃誤差對(duì)線(xiàn)紋的刻劃誤差有平均抵消作用有平均抵消作用, 幾條刻線(xiàn)的柵距誤差或斷裂對(duì)莫爾幾條刻線(xiàn)的柵距誤差或斷裂對(duì)莫爾條紋的位置和形狀影響甚微。能在很大程度上消除條紋的位置和形狀影響甚微。能在很大程度上消除短周期誤差的影響。短周期誤差的影響。 （3） 誤差的平均效應(yīng)誤差的平均效應(yīng)莫爾條紋的特征莫爾條紋的特征例：例：W=0.02mm, 接收元件尺寸接收元件尺寸1010mm2,在在10mm范范圍內(nèi)有圍內(nèi)有500條刻線(xiàn)參與工作，某幾條刻線(xiàn)誤差對(duì)莫爾條條刻線(xiàn)參與工作，某