感測技術(shù)光電傳感器

1、會計學(xué)1感測技術(shù)光電傳感器感測技術(shù)光電傳感器第1頁/共83頁 第八章 光電傳感器 光電傳感器是一種將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置 第一節(jié) 常用光電器件 光是由具有一定能量的粒子組成，根據(jù)愛因斯坦光粒子學(xué)說，每個光子所具有的能量每個光子所具有的能量E 與其頻率與其頻率 的大小成正的大小成正比比（即E =h，式中h =6.62610-34JS，為普朗克常數(shù)）。光照射在物體上可看成一連串具有能量的光子對物體的轟擊，物體吸收光子能量而產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)，即光電效應(yīng)，這是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的物理基礎(chǔ)。第2頁/共83頁光電效應(yīng)表現(xiàn)形式 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光照改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電率光照改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電率，從而引起半導(dǎo)體電

2、阻值的變化效應(yīng)，光敏電阻屬于這類光電效應(yīng)器件。 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光照改變半導(dǎo)體光照改變半導(dǎo)體PNPN結(jié)電結(jié)電場場，從而引起PN結(jié)電勢的變化效應(yīng)，故又稱PN結(jié)光電效應(yīng)，光電池、光敏晶體管等屬于這類光電效應(yīng)器件。 光電發(fā)射效應(yīng)光電發(fā)射效應(yīng)光照使物體表面發(fā)射電光照使物體表面發(fā)射電子。子。 第3頁/共83頁 一、光敏電阻 1光敏電阻的光電效應(yīng) 光敏電阻是典型的光電導(dǎo)效應(yīng)器件。光敏電阻是典型的光電導(dǎo)效應(yīng)器件。 無光照時，其阻值很高；無光照時，其阻值很高； 有光照時，其阻值大大下降，光照越強阻值越低；有光照時，其阻值大大下降，光照越強阻值越低； 光照停止，又恢復(fù)高阻狀態(tài)光照停止，又恢復(fù)高阻狀態(tài)。

3、當(dāng)光敏電阻受到光照時，光生電子空穴對增加，阻值減小，電流增大。第4頁/共83頁當(dāng)電壓U 一定時，檢流計指示電流I 的大小決定于光敏電阻上的光照強度。光敏電阻光電效應(yīng)實驗電路第5頁/共83頁無光照時電流稱之為暗電流暗電流光敏電阻的阻值很高，相應(yīng)稱之為暗電阻暗電阻暗電阻通常為兆歐級有光照時電流稱之為亮電流亮電流；光敏電阻的阻值顯著減小，相應(yīng)稱之為亮電阻亮電阻，亮電阻一般為千歐以內(nèi)。由光照所產(chǎn)生的自由電子空穴流稱之為光電流光電流，顯然光光電流是亮電流與暗電流之差電流是亮電流與暗電流之差，由于暗電流很小，在工程分析時可把亮電流看成光電流。 第6頁/共83頁部分光敏元件的光譜特性2光敏電阻的基本特性 （

4、1）光譜特性光電敏電阻的光電流對不同波長單色光的相光電敏電阻的光電流對不同波長單色光的相對靈敏度對靈敏度。第7頁/共83頁 （2）光照特性在一定的電壓下一定的電壓下，光電流光電流I I 與光照強度與光照強度E E 的關(guān)系的關(guān)系光敏電阻具有很高的光照靈敏度具有明顯的非線性可作控制元件，不宜作計量元件。 光敏電阻的光照特性 第8頁/共83頁 （3）伏安特性在一定強度的光照下一定強度的光照下，光敏電阻的端電壓與光電流光敏電阻的端電壓與光電流的關(guān)系的關(guān)系。是一個線性關(guān)系特性。有最大允許功耗和最大允許電壓的要求，超過此極限值將會導(dǎo)致元件永久性損壞。光敏電阻的伏安特性 第9頁/共83頁 (4）頻率特性光敏

5、電阻上的光電流對入射光光電流對入射光調(diào)制頻率調(diào)制頻率的響應(yīng)特性的響應(yīng)特性光敏元件具有一定的惰性，調(diào)制頻率f 越高，電流相對靈敏度Kr 越低有的材料光響應(yīng)時間達幾百毫秒。光敏電阻的響應(yīng)時間不但與元件的材料有關(guān)，而且還與光照強弱有關(guān)，光照越強，響應(yīng)的時間越短。光敏電阻的頻率特性第10頁/共83頁光照射到PN結(jié)上時，如果光子能量足夠大，就將在PN結(jié)附近激發(fā)出大量的電子空穴對。在在PN結(jié)電場作用結(jié)電場作用下，下，N區(qū)的光生空穴被拉區(qū)的光生空穴被拉向向P區(qū)，區(qū)，P區(qū)的光生電子區(qū)的光生電子被拉向被拉向N區(qū)區(qū)；在P區(qū)聚積正電荷，帶正電，在N區(qū)聚積負電荷，帶負電，即在P區(qū)和N區(qū)間形成一定伏特數(shù)的電位差，稱之為

6、光生電勢光生電勢。 光電池的光電效應(yīng) 二、光電池 1光電池的光電效應(yīng)是典型的光生伏特效應(yīng)器件是典型的光生伏特效應(yīng)器件。無光照時，擴散運動形成一個大面積的擴散運動形成一個大面積的PN結(jié)結(jié)，PN結(jié)電場方向是由N區(qū)指向P區(qū)第11頁/共83頁 2光電池的基本特性 （1）光譜特性 光電池的光譜特性 第12頁/共83頁 （2）光照特性 光電池在不同光照強度下，有不同的光生電勢或光生電流 硅光電池光照特性開路電壓指光電池輸出端開路時的電壓，即光生電勢開路電壓指光電池輸出端開路時的電壓，即光生電勢短路電流指光電流輸出端短路時的電流，即光生電流短路電流指光電流輸出端短路時的電流，即光生電流短路短路電流在很寬的光

7、照范圍內(nèi)都具有線性線性特性第13頁/共83頁開路電壓與光強成對數(shù)關(guān)系，電路電流與光強成線性關(guān)系受照結(jié)面積越大，短路電流越大。當(dāng)光電池作為測量元件時，應(yīng)以電流源形式使用（利用其短路電流與光強的線性關(guān)系）當(dāng)外接負載的電阻遠小于光電池內(nèi)阻時，即可看作為短路電流。且負載越小，短路電流的線性關(guān)系越好，線性范圍越寬。第14頁/共83頁 （3）頻率特性 光電池的頻率特性 硅光電池具有較穩(wěn)定的頻率特性硅光電池具有較穩(wěn)定的頻率特性第15頁/共83頁 三、光敏二極管和光敏晶體管 1光敏管的光電效應(yīng) 光敏二極管和光敏晶體管也是典型的光生伏特性效應(yīng)光敏二極管和光敏晶體管也是典型的光生伏特性效應(yīng)器件器件。無光照射：光敏

8、二極管反偏、高阻截止狀態(tài)，極小暗電流有光照射：光生電子和空穴在有光照射：光生電子和空穴在PN結(jié)電場和外加結(jié)電場和外加反向反向偏壓偏壓的共同作用下，形成光電流的共同作用下，形成光電流I。光敏二極管呈低阻導(dǎo)通態(tài)第16頁/共83頁當(dāng)集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時，集電結(jié)就是反向偏壓， 當(dāng)光照射在集電結(jié)時，就會在結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極與發(fā)射極間的電壓升高，這樣便會有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的倍，所以光敏晶體管有放大作用。 第17頁/共83頁光敏二極管和光敏三極管在使用時，應(yīng)注意保持光源與光敏管的位置合適，即：使入射

9、光恰好聚集在管芯所處的區(qū)域，以利于光敏管接受光照，從而獲得最大的靈敏度。同時，為了避免靈敏度改變，使用中必須保持光源與光敏管的相對位置不變。第18頁/共83頁 2光敏管的基本特性 （1）光譜特性 光敏管的光譜特性第19頁/共83頁 （2）光照特性 光敏二極管與光敏晶體管的光照特性有明顯不同，以硅管為例如圖所示。光敏二極管的光照特性近似為線性關(guān)光敏二極管的光照特性近似為線性關(guān)系系；光敏晶體管的光照特性為非線性光敏晶體管的光照特性為非線性（a ）光敏二極管 （b）光敏晶體管 硅光敏管的光照特性第20頁/共83頁 （3）伏安特性光敏管的輸出電流與所加的偏置電壓關(guān)系不大，具具有近似的恒流特性有近似的恒

10、流特性；光敏晶體管比光敏二極管的光電流大光敏晶體管比光敏二極管的光電流大近百倍近百倍，因而具有更高的靈敏度。（a）光敏二極管 （b）光敏晶體管 硅光敏管的伏安特性第21頁/共83頁 （4）頻率特性 光敏二極管的頻率特性較好光敏二極管的頻率特性較好，是半導(dǎo)體光敏器件中最好的一種，其響應(yīng)速度達0.1s，截止頻率高，適用于快速變化的光調(diào)制信號。第22頁/共83頁無光照時，調(diào)整元件參數(shù)，使得三極管截止，常開繼電器開路，LD滅。第23頁/共83頁有光照時，D1的電阻下降。在交流電源的正半周，D2截止，常開繼電器K開路，LD滅；在負半周，三極管導(dǎo)通，K閉合，LD亮。第24頁/共83頁無光照燈滅，有光照燈亮

11、。此為亮通電路。將D1與R的位置對調(diào)，即為暗通電路。此時，無光照燈亮有光照燈滅，可用于照明路燈的控制。第25頁/共83頁四、光電傳感器的類型按其輸出量的性質(zhì)分為兩類1、輸出連續(xù)光電流。1）光源本身是被測物，稱為光輻射式。如光電比色高溫計，其光通量和光譜的強度分布與溫度成單值對應(yīng)關(guān)系。第26頁/共83頁2）恒光源的光通量穿過被測物，部分被吸收后，其余到達光電元件，稱為光透射式。光的吸收量取決于被測物質(zhì)的性質(zhì)。如：測量氣體或液體的透明度、混濁度等的光電比色計。第27頁/共83頁3）恒光源的光通量到被測物，再從被測物表面反射后投射到光電元件上，稱為光反射式。被測物表面的反射條件取決于其表面性質(zhì)或狀態(tài)

12、。如：測量物體表面光潔度、粗糙度等。第28頁/共83頁4）從恒光源發(fā)射到光電元件的光通量被被測物遮擋了一部分，從而改變了照射到光電元件上的光通量，稱為遮擋式?？捎糜跍y量尺寸、振動等。2、輸出離散的光電流，即開關(guān)量。這種常用于光電繼電器式的檢測裝置，如：轉(zhuǎn)速表。第29頁/共83頁 五、常用光電器件的應(yīng)用 1光電耦合器 光電耦合器是由一個發(fā)光器件和一個光電轉(zhuǎn)換器件組成光電耦合器是由一個發(fā)光器件和一個光電轉(zhuǎn)換器件組成，一般用金屬或塑料外殼封裝。其中發(fā)光器件通常都是發(fā)光二極管，光電轉(zhuǎn)換器件一般是光敏二極管或光敏晶體管發(fā)光器件通常都是發(fā)光二極管，光電轉(zhuǎn)換器件一般是光敏二極管或光敏晶體管。光耦電氣符號第3

13、0頁/共83頁典型電路第31頁/共83頁2、光電耦合器的組合形式1）通用光耦結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適用于50Hz以下的工作頻率。第32頁/共83頁2）高速光耦采用高速開關(guān)管構(gòu)成，適用于較高頻率的場合。第33頁/共83頁3）高效光耦采用放大三極管構(gòu)成，具有較高的傳輸效率。適用于較低工作頻率和直接驅(qū)動負載的場合。第34頁/共83頁4）高速高效率光耦采用固體功能器件，具有高速、高傳輸效率的優(yōu)點。第35頁/共83頁2光電轉(zhuǎn)速計 光源：白熾燈泡（不能使用日光燈，日光燈以600Hz頻率閃爍） 光電轉(zhuǎn)換器：光敏二極管或晶體管。 旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動：光通過遮光盤上的透光孔照射到光敏晶體管上，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)整形輸

14、出電脈中，根據(jù)電脈沖的頻率就知道旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。第36頁/共83頁 3反射式固體表面粗糙度計光源發(fā)出一定照度的光入射到被測固定的表面上，一部分被表面吸收，一部分反射到光電池上。被測表面越光滑，反射到光電池上的光越強，光電池輸出電流越大。根據(jù)電流大小，可以判斷被測表面的粗糙度。 固體表面粗糙度計第37頁/共83頁 4透射式薄膜厚度計光源發(fā)出一定照度的光經(jīng)準直透鏡調(diào)制成平行光束，垂直入射到被測薄膜上，一部分被薄膜吸收和反射，一部分穿過薄膜出射到光電池上。薄膜越薄，出射光越強，光電池輸出電流越大?？梢杂糜跈z測薄膜的厚度、印刷機紙張監(jiān)控、液體的混濁度、或氣體和固體的透明度。 薄膜厚度計第38頁/共83頁

15、沒有發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光發(fā)生火災(zāi)時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上第39頁/共83頁對射式光電開關(guān)反射式光電開關(guān)漫反射式光電開關(guān)6光電式接近開關(guān)第40頁/共83頁6光電式接近開關(guān)第41頁/共83頁對射式第42頁/共83頁對射式第43頁/共83頁反射式第44頁/共83頁被測帶材光敏電阻透鏡2透鏡1光源亮暗第45頁/共83頁第46頁/共83頁光電信號放大執(zhí)行機構(gòu)放大整形光電開關(guān)第47頁/共83頁 第二節(jié) 光柵傳感器 光柵傳感器是用于測位移的光電傳感器光柵傳感器是用于測位移的光電傳感器。光透過光柵照射到光電器件上，根據(jù)光柵的莫爾條紋現(xiàn)象

16、，可實現(xiàn)角位移或線位移的測量。用來測量角位移的光柵稱作圓光柵，用來測量直線位移的光柵稱作直光柵，其工作原理是一樣的，這里僅介紹直線位移光柵傳感器。一、莫爾條紋1、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)光柵傳感器由：照明系統(tǒng)、光柵副和光電接收元件組成。光柵副是主要部件，由主光柵（也稱標尺光柵）和指示光柵組成。第48頁/共83頁透射光柵是在光學(xué)玻璃上面均勻刻有許多線條，形成規(guī)則排列的透光和不透光的明暗條紋所組成。 圖中m 為暗條（不透光條）寬度，n 為亮條（透光條）寬度，W = m + n 稱之為光柵的柵距或光柵常數(shù)稱之為光柵的柵距或光柵常數(shù)。通常亮條和暗條具有相同的寬度（也有m：n=1.1：0.9的），亮條（或暗條）

17、密度有每毫米10、25、50、100條等。直光柵尺第49頁/共83頁第50頁/共83頁指示光柵比主光柵短的多，但兩者的條紋密度相同。光源一般是鎢絲白熾燈，其輸出功率較大，工作范圍可達-40130，但壽命較低。近年來，常采用固態(tài)光源，如砷化鎵發(fā)光二極管工作范圍為-66100，發(fā)出的光近似紅外光（波長9194um)，轉(zhuǎn)換效率較高，響應(yīng)速度可達2us。功耗和熱耗散都很低。第51頁/共83頁2、莫爾條紋形成 把光柵常數(shù)把光柵常數(shù) W W 相等相等的兩光柵尺相對疊合在的兩光柵尺相對疊合在一起，并使兩光柵尺柵一起，并使兩光柵尺柵條之間保持很小的夾角條之間保持很小的夾角，在與柵條近乎垂直在與柵條近乎垂直的方

18、向出現(xiàn)明暗相間的的方向出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱之為莫爾條紋條紋，稱之為莫爾條紋。圖中在aa線上的兩光柵尺重合，光線可從其縫隙中透過，形成亮帶；在bb線上，兩光柵尺彼此錯開，擋住光線通過，形成暗帶。第52頁/共83頁莫爾條紋的間距莫爾條紋的間距BH與光柵常數(shù)的關(guān)系與光柵常數(shù)的關(guān)系為=/ 2 ，由于角很小，即莫爾條紋的方向與x方向夾角很小，因而莫爾條紋的方向近乎垂直于直光柵尺的柵條。 莫爾條紋的間距HBOC2OBSin22WW第53頁/共83頁HWB莫爾條紋的寬度BH由光柵常數(shù)與夾角決定。當(dāng)光柵常數(shù)W為定值時，兩光柵的夾角越小，則條紋寬度越大（即條紋越?。?。通過調(diào)節(jié)夾角，可以使條紋寬度具有任何所需的

19、值。第54頁/共83頁 3莫爾條紋的主要特性 （1）莫爾條紋的間距對光柵常數(shù)W 具有放大作用 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，主光柵與指示光柵的，主光柵與指示光柵的夾角夾角 =1.8 ，則：，則： 分辨力分辨力 =柵距柵距W =1mm/50=0.02mm=20 m 由于柵距很小，因此無法觀察光強的變化由于柵距很小，因此無法觀察光強的變化 BH W/ = 0.02mm/（1.8 *3.14/180 ） = 0.02mm/0.0314 = 0.637mm莫爾條紋的莫爾條紋的寬度是柵距的寬度是柵距的32倍，較大，因此倍，較大，因此可以用小面積可以用小面積的光電池的光電池

20、“觀察觀察”莫爾條紋光強的變化莫爾條紋光強的變化。同理，若=0.57=0.01rad，則BH=100W。可見，光柵能夠?qū)⑤^小位移量轉(zhuǎn)換為較大位移量以便測量第55頁/共83頁例：某光柵的柵線密度為50條/mm，主光柵與指示光柵的夾角為0.01rad。1）求其莫爾條紋的間距BH。2）若采用4個光敏二極管接收莫爾條紋信號，并且光敏二極管的響應(yīng)時間為10-6s，求光柵的最大移動速度。HWB15020.01mmmaxWvt61502010m s第56頁/共83頁（2）莫爾條紋便于采用“倍頻”技術(shù) 莫爾條紋的光強變化近似正弦。若將計數(shù)單位變成比一個周期W更小的單位，如W/8，則相當(dāng)于提高了計數(shù)頻率。這樣可

21、以提高測量精度或者可以采用較粗的光柵。（3）莫爾條紋可以消除光柵尺局部缺陷引起的誤差光電元件上接收到的是透過眾多柵條形成亮帶的光信號光柵尺的局部缺陷對亮帶透光量影響極小，對刻線的誤差起到了平均作用。即：光柵尺的柵條或柵條間距存在的局部缺陷不會引起莫爾條紋的誤差。使得光柵的測量精度可能高于光柵本身的刻線精度。普通標尺是不可能做到的。第57頁/共83頁（4）莫爾條紋的移動大小和方向可以反映兩光柵尺相對移動大小和方向 當(dāng)固定斜光柵尺、左右移動直光柵尺時，莫爾條紋則作上下移動。 若被測體跟隨直光柵尺移動，則可根據(jù)莫爾條紋移動的大小和方向，判斷被測體移動的大小和方向。第58頁/共83頁 二、光柵傳感器的

22、分類 根據(jù)莫爾條紋特性制作的光柵位移傳感器，按光路形成方式可分為兩大類，即反射式光柵傳感器和透射式光柵傳感器。 1垂直透射式光柵傳感器 透射式光柵傳感器圖第59頁/共83頁 （2）透鏡的作用是把光源發(fā)出的光變換成平行光束透鏡的作用是把光源發(fā)出的光變換成平行光束，垂直投射到主光柵上。 （3）主光柵又稱標尺光柵主光柵又稱標尺光柵，它有固定的光柵常數(shù)W、亮條寬度n和暗條寬度m，通常。測位移時，被測體保持測位移時，被測體保持與主光柵相同的位移大小和方向與主光柵相同的位移大小和方向。 （1）光源常用鎢絲燈泡或砷化鎵發(fā)光二極管光源常用鎢絲燈泡或砷化鎵發(fā)光二極管 （4）指示光柵比主光柵短得多指示光柵比主光柵

23、短得多，通常具有與主光柵相同的光柵常數(shù)和亮、暗條寬度。測位移時，指示光柵不動測位移時，指示光柵不動，主光柵移動，主光柵移動。 （5）光電元件常用光電池或光敏晶體管光電元件常用光電池或光敏晶體管，在光電元件輸出端常接放大器，以獲得盡可能大的信號輸出，以提高抗干擾能力。第60頁/共83頁 2反射式光柵傳感器光源發(fā)射的光，經(jīng)聚光鏡和物鏡后形成平行光束，以一定的角度穿過指示光柵、射向主光柵。這里的主光柵不形成這里的主光柵不形成透射光，照射到主光柵上的光產(chǎn)生反射光后與指示光柵形透射光，照射到主光柵上的光產(chǎn)生反射光后與指示光柵形成莫爾條紋成莫爾條紋，此莫爾條紋光再經(jīng)反射鏡反射、物鏡組聚焦后投射到光電元件上

24、，以實現(xiàn)位移的測量。第61頁/共83頁 三、辨向原理實際應(yīng)用中，被測物體的移動可能是雙向的，既有正向位移也可能有反向位移。單個光電元件只能識別莫爾條紋的明暗變化，不能判別莫爾條紋的移動方向，也就無法判別被測物體的運動方向，從而不能正確測量位移。如：被測物體正向移動10個柵距后再反向移動1個柵距。實際位移量為9個柵距。但，單個光電元件將得到11個條紋信號，顯然是不正確的。第62頁/共83頁辨別莫爾條紋移動方向：至少需要兩個光電元件接收莫爾辨別莫爾條紋移動方向：至少需要兩個光電元件接收莫爾條紋光信號條紋光信號在相距在相距1/4莫爾條紋間距莫爾條紋間距BH上分別安裝一個光電元件上分別安裝一個光電元件

25、1和和2主光柵移動時，莫爾條紋的光照射到兩光電元件上主光柵移動時，莫爾條紋的光照射到兩光電元件上兩光電元件將產(chǎn)生相位差為兩光電元件將產(chǎn)生相位差為/2的電信號的電信號輸 出 電 壓uoUmUoabcdefg位 移x正 最 大負 最 大正 最 大第63頁/共83頁（a）兩光電元件 （b）辨向電路 第64頁/共83頁 （c）主光柵左移 （d）主光柵右移 光柵傳感器辨向原理第65頁/共83頁WXUuWXUumm2sin2cos21（c）和（d）是當(dāng)主光柵移動時辨向電路各點的輸出波形 當(dāng)主光柵向左移（主光柵向左移（A A向）時，莫爾條紋則上移（向）時，莫爾條紋則上移（B B向）向）。此時光電元件感光的先

26、后是先1后2，因而光電元件1和2輸輸出電壓出電壓u1超前、超前、u2滯后滯后，相位差為相位差為/2， 電壓u1和u2經(jīng)放大整形電路處理后輸出矩形波矩形波u1和u2，此矩形波通過辨向電路，使輸出端y1無信號，無信號，y2端輸出端輸出正脈沖正脈沖。主光柵每左移一個光柵柵距W 的距離， y2輸出一個正脈沖，此正脈沖將觸發(fā)可逆計數(shù)器作加加1計數(shù)計數(shù)。第66頁/共83頁 此時辨向電路輸出端y2無信號，無信號，y1端輸出正脈沖端輸出正脈沖。即當(dāng)主光柵每右移一個光柵柵距W 的距離， y1輸出一個正脈沖，比正脈沖將觸發(fā)可逆計數(shù)器作減減1計數(shù)計數(shù)。由此可見，根據(jù)加減計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)，就可以辨別主光柵位移的大小和

27、方向。WXUuWXUumm2cos2sin21 當(dāng)主光柵向右移（主光柵向右移（A向）時，莫爾條紋則下移（向）時，莫爾條紋則下移（B向向）。此時光電元件感光的先后是先2后1，因而光電元件1和2輸出電壓輸出電壓u1滯后滯后u2相位相位/2第67頁/共83頁 四、細分技術(shù)主光柵每位移一個柵距主光柵每位移一個柵距W，辨向電路就產(chǎn)生一個電脈沖，辨向電路就產(chǎn)生一個電脈沖，分辨率為一個柵距分辨率為一個柵距。例如，若光柵尺刻線密度為每毫米100條，則柵距W=1000m/100=10m，即分辨率為10m 。增加光柵尺刻線密度,可以提高分辨率，但加大了光柵尺的制作難度和成本。精度1um，即需在1mm內(nèi)刻1000條

28、，精度提高到0.1um，則1mm內(nèi)需刻10000條刻線。目前的工藝水平只能達到7000條/mm。為了提高分辨率，目前普遍采取的方法是：在選擇合適的柵距W 前提下，使主光柵每位移一個柵距，產(chǎn)生多個脈沖輸出。即減小辨向電路輸出脈沖間隔，提高計數(shù)脈沖的頻率，故又稱倍頻細分。下面介紹兩種基本的細分技術(shù)。第68頁/共83頁 1四倍頻直接細分 （1）用四個相距1/4莫爾條紋間距BH 光電元件 當(dāng)采用四個相距1/4莫爾條紋間距BH光電元件接收莫爾條紋的透過光時，在四個光電元件上將產(chǎn)生依次相差/2相角的四個正弦電壓信號。此時，主光柵每位移一個柵距此時，主光柵每位移一個柵距，辨向電路將輸出四個電脈沖，實現(xiàn)四倍頻

29、直接細分，辨向電路將輸出四個電脈沖，實現(xiàn)四倍頻直接細分。這種細分的方法受到安裝光電元件個數(shù)的限制，不可能得到很高的細分。 （2）對u1和u2 都取反若對若對u2也取反，則可得到也取反，則可得到u1、 u1和和u2 、 u2 四個矩形四個矩形脈沖，即在主光柵位移一個柵距脈沖，即在主光柵位移一個柵距W期間，可以得到四個等期間，可以得到四個等間隔的計數(shù)觸發(fā)脈沖，從而實現(xiàn)四倍頻直接細分間隔的計數(shù)觸發(fā)脈沖，從而實現(xiàn)四倍頻直接細分。但這種細分的方法受到辨向電路結(jié)構(gòu)的限制，也不可能得到很高的細分。 四倍頻直接細分方法簡單，可用于分辨率要求不太高的場合。第69頁/共83頁 2電阻橋路細分 電阻橋路細分原理圖：LORRRRuRuu111212211uO是電阻橋輸出電壓。 電阻橋路細分原理圖第70頁/共83頁電阻橋路輸出端開路(RL=)時121212111OLuuRRuRRR12121211OuuRRuRR1122121RuuRRR第71頁/共83頁若取 、 sin1Au cos2Au 12RtgR1122121ORuuRuRR1OASintgACosutgASin CosSinACosCosSin()ASinSinCos第72頁/共83頁()oASinuSinCos用uo去觸發(fā)施密特電路，當(dāng)=-或2-時，uo=0，施密特電路被觸發(fā)，發(fā)出脈沖信號。事先布置好R1和R2的比值，即可得到