光柵式傳感器

1、,第八章 光電式傳感器光柵傳感器,.1 光柵傳感器的結(jié)構(gòu) .2 莫爾條紋形成的原理 .3 莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn) .4 光柵的光路 .5 辨向原理 .6 細(xì)分技術(shù),下一頁(yè),返 回,.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(yè),下一頁(yè),返 回,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)特征快速。 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

2、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(yè),下一頁(yè),返 回,光柵副：指示光柵主光柵,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(yè),下一頁(yè),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(guò)放大器得到足夠的信號(hào)輸出以防干擾的影響。,上一頁(yè),下一頁(yè),返 回,.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(yè),下一頁(yè),返 回,.3 莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn),（1）調(diào)整

3、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?？?線的局部誤差和周期誤差對(duì)于精度沒(méi)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(yè),下一頁(yè),返 回,1）莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，對(duì)光柵的刻劃誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除光柵刻線不均勻引起的誤差。 2）當(dāng)指示光柵沿與柵線垂直的方向作相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋則沿光柵

4、刻線方向移動(dòng)（兩者的運(yùn)動(dòng)方向相互垂直）；指示光柵反向移動(dòng)，莫爾條紋亦反向移動(dòng)。在圖中，當(dāng)指示光柵向右移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋向上運(yùn)動(dòng)。 3）莫爾條紋的間距是放大了的光柵柵距，它隨著指示光柵與主光柵刻線夾角而改變。越小，越大，相當(dāng)于把微小的柵距擴(kuò)大了 倍。由此可見(jiàn)，計(jì)量光柵起到光學(xué)放大器的作用。,例如，對(duì)線mm的長(zhǎng)光柵而言，0.04mm，若=0.016rad，則=2.5mm.，光敏元件可以分辨2.5mm的間隔，但無(wú)法分辨0.04mm的間隔。 4）莫爾條紋移過(guò)的條紋數(shù)與光柵移過(guò)的刻線數(shù)相等。例如，采用100線/mm光柵時(shí)，若光柵移動(dòng)了xmm（也就是移過(guò)了100 x條光柵刻線），則從光電元件面前掠過(guò)的莫爾條紋也是100條。由于莫爾條紋比柵距寬得多，所以能夠被光敏元件所識(shí)別。將此莫爾條紋產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，就可知道移動(dòng)的實(shí)際距離了。,4、零位光柵,“零刻度”,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(yè),下一頁(yè),返 回,.5 光柵的光路,透射光路 反射光路,上一頁(yè),下一頁(yè),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(yè),下一頁(yè),返 回,（2）反射式