光柵傳感器工作原理ppt課件.ppt

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1、光柵測量系統(tǒng)數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成傳感器整形電路放大器細分電路脈沖當量變換電路計數(shù)器寄存器計算機顯示執(zhí)行機構(gòu)辨向電路數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成細分電路光柵數(shù)字式傳感器光柵是由很多等節(jié)距的透光的縫隙或不透光的刻線均勻、相間排列而成的光電器件。20線-150線/mm25線-50線/mm透射式反射式為光柵常數(shù)，也稱光柵柵距。數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成光柵的分類按用途分物理光柵計量光柵利用光的衍射現(xiàn)象，主要用于光譜分析、光波長測量。利用莫爾條紋現(xiàn)象，主要用于長度、角度、速度、加速度、振動等物理量的測

2、量。計量光柵長光柵圓光柵用于長度測量用于角度測量按光的走向透射式光柵反射式光柵按柵線的形式黑白光柵（幅值光柵）閃耀光柵（相位光柵）徑向光柵切向光柵環(huán)形光柵長光柵---直線位移圓光柵---角位移構(gòu)成：主光柵---標尺光柵，定光柵指示光柵---動光柵長度---測量范圍；刻線密度---測量精度(10、25、50、100、125線/mm)光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵傳感器的結(jié)構(gòu)光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理光源透鏡主光柵指示光柵光電元件光柵副光路光柵傳感器的結(jié)構(gòu)按運動形式分：直線型---主光柵為直尺形→直線移動旋轉(zhuǎn)

3、型---主光柵為圓盤形→旋轉(zhuǎn)運動按光學(xué)形式分：透射式---光源與光電元件在兩側(cè)→透射光反射式---光源與光電元件同一側(cè)→反射光光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵傳感器的結(jié)構(gòu)莫爾條紋的形成光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵傳感器的工作原理+-位移正弦波條紋寬度：W-柵距，a-線寬，b-縫寬W=a+b，a=b=W/2特例：當?=0,w1=w2→B=?→光閘莫爾條紋當?=0,w1≠w2→縱向莫爾條紋均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動莫爾條紋（Moire）方向性：垂直于角平分線，當夾角很小時→與光柵移動方

4、向垂直同步性：光柵移動一個柵距→莫爾條紋移動一個間距→方向?qū)?yīng)放大性：夾角θ很小→B>>W→光學(xué)放大→提高靈敏度可調(diào)性：夾角θ↓→條紋間距B↑→靈活準確性：大量刻線→誤差平均效應(yīng)→克服個別/局部誤差→提高精度莫爾條紋（Moire）的特性光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵傳感器的工作原理故被測物體位移＝柵距×脈沖數(shù)被測物體位移莫爾條紋移動正弦波方波脈沖通過光柵轉(zhuǎn)換通過光電元件轉(zhuǎn)移整形轉(zhuǎn)換邏輯電壓轉(zhuǎn)換光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵傳感器的工作原理光柵傳感器特點精度高：測長±(0.2+2×10-6L)μm，測角±0

5、.1″量程大：透射式---光柵尺長（米），反射式---幾十米響應(yīng)快：可用于動態(tài)測量增量式：增量碼測量→計數(shù)斷電→數(shù)據(jù)消失要求高：對環(huán)境要求高→溫度、濕度、灰塵、振動、移動精度成本高：電路復(fù)雜光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵傳感器的工作原理光柵傳感器的測量電路信號各種接口放大細分整形四倍頻、判向加減計數(shù)正弦(余弦)信號方波信號數(shù)字信號信號轉(zhuǎn)換光柵傳感器的測量電路信號的形成與轉(zhuǎn)換W光柵傳感器的測量電路信號的形成與轉(zhuǎn)換標尺光柵指示光柵假如移動了一個柵距得到四個信號：光柵傳感器的測量電路信號的形成與轉(zhuǎn)換得到一對相位

6、相差的正交差分信號正弦差分信號余弦差分信號光柵傳感器的測量電路信號放大可得到相位差分別為，，的正弦信號＋－＋－光柵傳感器的測量電路位移信號一對正交位移信號：和位移的方向：正向時超前反向時超前位移的大小：可見位移大小的信息包含在信號的相位中。光柵傳感器的測量電路電阻鏈細分電路設(shè)，。則注：光柵傳感器的測量電路五細分電路光柵傳感器的測量電路信號整形正弦信號通過電壓比較器，整形為同周期的方波信號。＋－電壓比較器＋－電壓比較器光柵傳感器的測量電路五細分電路信號處理過程得到十路方波信號，其相位依次相差光柵傳感器的測量

7、電路五細分電路信號處理過程信號相位每變化就產(chǎn)生一個新的方波，所以得到5倍頻（細分）。光柵傳感器的測量電路五細分電路信號處理過程得到五細分（倍頻）后的，正交方波。光柵傳感器的測量電路五細分電路實現(xiàn)：74LS86異或門74LS86異或門21351113964138121051110412896231注：異或門74LS86：真值表：光柵傳感器的測量電路四細分、判向邏輯小結(jié)：光柵相對位移莫爾條紋正交正弦信號五細分正交方波信號細分后的一個方波信號是原正弦信號按相位等分的五分一，因此，分辨率提高了五倍。細分后的方波信

8、號仍是一對正交方波信號。光柵傳感器的測量電路四細分、判向邏輯關(guān)于正交方波信號的討論：正交方波信號位移方向信息：正向移動時，A超前B；反向移動時，B超前A。位移大小信息：相位。正交方波信號的狀態(tài)變化規(guī)律：10110001正向移動時反向移動時結(jié)論：正交方波信號的狀態(tài)變化規(guī)律為：正向時00、10、11、01而反向時相反一個方波狀態(tài)改變四次光柵傳感器的測量電路四細分、判向邏輯正交方波信號四細分：一個方波內(nèi)狀態(tài)改變四次，記錄下狀態(tài)改變的