第二節(jié) 光柵與電子細(xì)分

第二節(jié)光柵與電子細(xì)分

光柵傳感器是根據(jù)莫爾條紋原理制成的一種計(jì)量光柵，多用于位移測量及與位移相關(guān)的物理量如：速度、加速度、振動、質(zhì)量、表面輪廓等方面的測量。按光柵的形狀和用途分為長光柵和圓光柵，分別用于線位移和角位移的測量。按光線走向分為透射光柵和反射光柵。一、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。

在長度計(jì)量中應(yīng)用的光柵通常稱為計(jì)量光柵，它主要由主光柵(也稱標(biāo)尺光柵)和指示光柵組成。當(dāng)標(biāo)尺光柵相對于指示光柵移動時(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，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，并用數(shù)字顯示，便可測量出標(biāo)尺光柵的移動距離。光源：光柵副：d在一塊黑白型長光柵尺上平行等距的刻線稱為柵線。設(shè)其中透光的縫寬為a，不透光的縫寬為b，一般情況下光柵的透光縫寬等于不透光的縫寬，即a＝b。

d＝a+b稱為光柵柵距(亦稱光柵節(jié)距或稱光柵常數(shù))。光柵柵距是光柵尺的一重要參數(shù)?？叹€密度一般為每毫米10、25、50、100線。光電元件：光電池、光敏三極管二、莫爾條紋形成的原理柵線之間保持很小的夾角θ橫向莫爾條紋的斜率為：橫向莫爾條紋之間的距離為：

光柵移動一個(gè)柵距,莫爾條紋移動一個(gè)條紋寬度三、莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn)(1)由式(7-5)可知，雖然光柵常數(shù)d很小，但只要調(diào)整夾角θ即可得到很大的莫爾條紋的寬度W，起到了放大的作用。這樣，就把一個(gè)微小移動量的測量轉(zhuǎn)變成一個(gè)較大移動量的測量，既方便又提高了測量精度。

(2)莫爾條紋的光強(qiáng)度變化近似正弦變化，因此便于將電信號做進(jìn)一步細(xì)分，即采用“倍頻技術(shù)”。將計(jì)數(shù)單位變成比一個(gè)周期d更小的單位，例如變成d／10記一個(gè)數(shù)，這樣可以提高測量精度或可以采用較粗的光柵。(3)光電元件接收的并不只是固定一點(diǎn)的條紋，而是在一定長度范圍內(nèi)所有刻線產(chǎn)生的條紋。這樣，對于光柵刻線的誤差起到了平均作用，也就是說，刻線的局部誤差和周期誤差對于測量精度沒有直接的影響，因此，就有可能得到比光柵本身的刻線精度高的測量精度。這是用光柵測量和普通標(biāo)尺測量的主要差別。就是在一圓盤面上刻有由圓心向四周輻射的等角間距的輻射線。當(dāng)兩塊徑向光柵重疊在一起時(shí)，如果使指示光柵刻線的輻射中心C2略微偏離標(biāo)尺光柵(度盤光柵)的中心C1，便形成莫爾條紋，

目前徑向光柵的刻線角間距范圍多為20//～20/(相當(dāng)于一圓周內(nèi)刻有1080至64800條線)。徑向光柵四、光柵的光路(1)透射式光路(2)反射式光路五、辯向原理莫爾條紋下移六、細(xì)分技術(shù)

利用光柵進(jìn)行測量時(shí)，當(dāng)運(yùn)動零件移動一個(gè)柵距，輸出一個(gè)周期的交變信號，也即產(chǎn)生一個(gè)脈沖間隔。那么每個(gè)脈沖間隔代表移過一個(gè)柵距，即分辨率(或稱脈沖當(dāng)量)為一個(gè)柵距。

所謂細(xì)分就是在莫爾條紋變化一周期時(shí)，不只輸出1個(gè)脈沖，而是輸出若干個(gè)脈沖，以減小脈沖當(dāng)量提高分辨率。例如，莫爾條紋變化一周期不是輸出1個(gè)脈沖數(shù)，而是輸出4個(gè)脈沖數(shù)，這就叫四細(xì)分。在采用四細(xì)分的情況下，柵距為4μm的光柵，其分辨率可從4μm提高到1μm。細(xì)分越多，分辨率越高。1、四倍頻直接細(xì)分

這種細(xì)分法是在—個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi)，按一定間隔適當(dāng)?shù)胤胖盟膫€(gè)光電元件，使這四個(gè)光電元件輸出的電信號相位依次差900

對于長光柵系統(tǒng)，由于莫爾條紋方程是直線方程，故可以均布四塊硅光電池來獲得四相正交信號以實(shí)現(xiàn)四細(xì)分，如圖7—7所示。一種四細(xì)分邏輯圖2、電位器橋(電阻鏈)細(xì)分則用此信號去觸發(fā)施密特電路，當(dāng)θ＝-α(