光栅传感器工作原理.ppt

光栅测量系统 数字信号检测系统的组成 数字信号检测系统的组成 光栅数字式传感器 光栅是由很多等节距的透光的缝隙或不透光的刻线均匀 相间排列而成的光电器件 透射式 反射式 为光栅常数 也称光栅栅距 数字信号检测系统的组成 光栅的分类 按用途分 利用光的衍射现象 主要用于光谱分析 光波长测量 利用莫尔条纹现象 主要用于长度 角度 速度 加速度 振动等物理量的测量 计量光栅 用于长度测量 用于角度测量 按光的走向 按栅线的形式 长光栅 直线位移圆光栅 角位移 构成 主光栅 标尺光栅 定光栅指示光栅 动光栅 长度 测量范围 刻线密度 测量精度 10 25 50 100 125线 mm 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的结构 光栅传感器的结构和工作原理 光路 光栅传感器的结构 按运动形式分 直线型 主光栅为直尺形 直线移动旋转型 主光栅为圆盘形 旋转运动 按光学形式分 透射式 光源与光电元件在两侧 透射光反射式 光源与光电元件同一侧 反射光 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的结构 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 条纹宽度 W 栅距 a 线宽 b 缝宽 W a b a b W 2 特例 当 0 w1 w2 B 光闸莫尔条纹当 0 w1 w2 纵向莫尔条纹 莫尔条纹 Moire 方向性 垂直于角平分线 当夹角很小时 与光栅移动方向垂直同步性 光栅移动一个栅距 莫尔条纹移动一个间距 方向对应放大性 夹角 很小 B W 光学放大 提高灵敏度可调性 夹角 条纹间距B 灵活准确性 大量刻线 误差平均效应 克服个别 局部误差 提高精度 莫尔条纹 Moire 的特性 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 故被测物体位移 栅距 脉冲数 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 光栅传感器特点 精度高 测长 0 2 2 10 6L m 测角 0 1 量程大 透射式 光栅尺长 米 反射式 几十米响应快 可用于动态测量增量式 增量码测量 计数断电 数据消失要求高 对环境要求高 温度 湿度 灰尘 振动 移动精度成本高 电路复杂 光栅传感器的结构和工作原理 光栅传感器的工作原理 光栅传感器的测量电路 信号 数字信号 光栅传感器的测量电路 信号的形成与转换 光栅传感器的测量电路 信号的形成与转换 标尺光栅 指示光栅 假如移动了一个栅距 得到四个信号 光栅传感器的测量电路 信号的形成与转换 得到一对相位相差的正交差分信号 光栅传感器的测量电路 信号放大 可得到相位差分别为 的正弦信号 光栅传感器的测量电路 位移信号 光栅传感器的测量电路 电阻链细分电路 设 则 光栅传感器的测量电路 五细分电路 光栅传感器的测量电路 信号整形 正弦信号通过电压比较器 整形为同周期的方波信号 光栅传感器的测量电路 五细分电路信号处理过程 得到十路方波信号 其相位依次相差 光栅传感器的测量电路 五细分电路信号处理过程 信号相位每变化就产生一个新的方波 所以得到5倍频 细分 光栅传感器的测量电路 五细分电路信号处理过程 得到五细分 倍频 后的 正交方波 光栅传感器的测量电路 五细分电路实现 光栅传感器的测量电路 四细分 判向逻辑 小结 细分后的一个方波信号是原正弦信号按相位等分的五分一 因此 分辨率提高了五倍 细分后的方波信号仍是一对正交方波信号 光栅传感器的测量电路 四细分 判向逻辑 关于正交方波信号的讨论 位移方向信息 正向移动时 A超前B 反向移动时 B超前A 位移大小信息 相位 正交方波信号的状态变化规律 结论 正交方波信号的状态变化规律为 正向时00 10 11 01而反向时相反一个方波状态改变四次 光栅传感器的测量电路 四细分 判向逻辑 四细分 一个方波内状态改变四次 记录下状态改变的次数 则一个方波又按相位被细分为四等分 判向 根据当前时刻和前一时刻的状态 可以判断出位移的方向 因此 在整个位移过程中 我们只要记录下信号状态的变化次数 并在正向时做加计数 反向时做减计数 可得 脉冲当量 栅距 位移长度 总计数值 光栅传感器的测量电路 结果显示 打印 光栅栅距 脉冲当量 最小分辨率均为 显示数为 光栅传感器的应用 光栅传感器的应用 日本仓敷KBT 11WA卧式加工中心 光栅传感器的应用 思考与讨论 问题 怎样制作一个简易的长度 角度 速度测量系统 3 两光电管之间的距离是多少 怎么调节 2 长度的最小分辨率怎么考虑 1 角度的最小最少分辨率约是多少 4 怎样得到速度 思考 1 什么叫正交信号 有什么特点 2 光栅产生的莫尔条纹有那些特点 3 光栅测量位移 大小 方向 的原理 4 拟对一位移量进行测量 试给出测量方案 并说明其道理