光电编码器原理课件

光电编码器光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90的两路脉冲信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。REP11增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。12绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是121可以直接读出角度坐标的绝对值；122没有累积误差；123电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。13混合式绝对值编码器混合式绝对值编码器，它输出两组信息一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。2009年06月12日星期五0848本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。一、光电编码器的介绍光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。（一）、绝对式光电编码器绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表示涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、1111。图1按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样形成与编码方式一致的高、低电平输出，从而获得扇区的位置脚。（二）、增量式光电编码器INCREAMENTALOPTICALELECTRICALENCODER增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。增量式光电编码器的工作原理是是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90O相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。工作时，鉴向盘不动，主光栅码盘随转子旋转，光源经透镜平行射向主光栅码盘，通过主光栅码盘和鉴向盘后由光敏二极管接收相位差90O的近似正弦信号，再由逻辑电路形成转向信号和计数脉冲信号。为了获得绝对位置角，在增量式光电编码器有零位脉冲，即主光栅每旋转一周，输出一个零位脉冲，使位置角清零。利用增量式光电编码器可以检测电机的位置和速度。二、光电编码器的测量方法光电编码器在电机控制中可以用来测量电机转子的磁场位置和机械位置以及转子的磁场和机械位置的变化速度与变化方向。下面就我就光电编码器在这几方面的应用方法做一下介绍。（一）、使用光电编码器来测量电机的转速可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间TC内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，如图2所示，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。现在假设检测时间是TC，计数器的记录的脉冲数是M1，则电机的每分钟的转速为在实际的测量中，时间TC内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半个脉冲的误差。如果要求测量的误差小于规定的范围，比如说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。在一定的转速下要增大检测脉冲数M1以减小误差，可以增大检测时间TC单考虑到实际的应用检测时间很短，例如伺服系统中的测量速度用于反馈控制，一般应在001秒以下。由此可见，减小测量误差的方法是采用高线数的光电编码器。M法测速适用于测量高转速，因为对于给定的光电编码器线数N机测量时间TC条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，误差也就越小。T法也称之为测周法，该测速方法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的方法，如图3所示。例如时钟频率为FCLK,计数器记录的脉冲数为M2，光电编码器是N线的，每线输出4N个脉冲，那么电机的每分钟的转速为为了减小误差，希望尽可能记录较多的脉冲数，因此T法测速适用于低速运行的场合。但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超过计数器最大计数值而产生溢出另外，时间太长也会影响控制的快速性。与M法测速一样，选用线数较多的光电编码器可以提高对电机转速测量的快速性与精度。M/T法测速是将M法和T法两种方法结合在一起使用，在一定的时间范围内，同时对光电编码器输出的脉冲个数M1和M2进行计数，则电机每分钟的转速为实际工作时，在固定的TC时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时钟脉冲数，定时器定时TC时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。采用M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点，能够覆盖较广的转速范围，测量的精度也较高，在电机的控制中有着十分广泛的应用。（二）使用增量式光电编码器来判别电机转速方向的原理增量式光电编码器输出两路相位相差90O的脉冲信号A和B，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B的相位90O，此时逻辑电路处理后可形成高电平的方向信号DIR。当电机反转时，脉冲信号A的相位滞后脉冲信号B的相位90O，此时逻辑电路处理后的方向信号DIR为低电平。因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向。其转速辩相的原理如图4所示图4转向判别原理图（三）、增量式光电编码器的反馈脉冲的四倍频原理在使用增量式编码器时，通过计相位相差90O的两路正交脉冲信号A和B的上升沿与下降沿已达到将增量式编码器的反馈脉冲四倍频的目的。这样在不增加增量式光电编码器的线数的情况下，就可以获得更精度高的位置脉冲信息，以实现对电机位置的精确控制。其工作原理与脉冲的相位关系如图5所示图5脉冲四倍频相位关系图一、光电编码器的工作原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90的两路脉冲信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。（一）增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。（二）绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是1可以直接读出角度坐标的绝对值；2没有累积误差；3电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。（三）混合式绝对值编码器混合式绝对值编码器，它输出两组信息一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。二、光电编码器的应用电路（一）EPC755A光电编码器的应用EPC755A光电编码器具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。因此，我们在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC755A光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193组成。当光电编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90，D触发器输出Q（波形W1）为高电平，Q（波形W2）为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过（波形W3），送至双向计数器74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时，下面与非门关闭，其输出为高电平（波形W4）。当光电编码器逆时针旋转时，通道A输出波形比通道B输出波形延迟90，D触发器输出Q（波形W1）为低电平，Q（波形W2）为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平（波形W3）；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过（波形W4），送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数。汽车方向盘顺时针和逆时针旋转时，其最大旋转角度均为两圈半，选用分辨率为360个脉冲/圈的编码器，其最大输出脉冲数为900个；实际使用的计数电路用3片74LS193组成，在系统上电初始化时，先对其进行复位（CLR信号），再将其初值设为800H，即2048（LD信号）；如此，当方向盘顺时针旋转时，计数电路的输出范围为20482948，当方向盘逆时针旋转时，计数电路的输出范围为20481148；计数电路的数据输出D0D11送至数据处理电路。实际使用时，方向盘频繁地进行顺时针和逆时针转动，由于存在量化误差，工作较长一段时间后，方向盘回中时计数电路输出可能不是2048，而是有几个字的偏差；为解决这一问题，我们增加了一个方向盘回中检测电路，系统工作后，数据处理电路在模拟器处于非操作状态时，系统检测回中检测电路，若方向盘处于回中状态，而计数电路的数据输出不是2048，可对计数电路进行复位，并重新设置初值。（二）光电编码器在重力测量仪中的应用采用旋转式光电编码器，把它的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连。重力测量仪中补偿旋钮的角位移量转化为某种电信号量；旋转式光电编码器分两种，绝对编码器和增量编码器。增量编码器是以脉冲形式输出的传感器，其码盘比绝对编码器码盘要简单得多且分辨率更高。一般只需要三条码道，这里的码道实际上已不具有绝对编码器码道的意义，而是产生计数脉冲。它的码盘的外道和中间道有数目相同均匀分布的透光和不透光的扇形区（光栅），但是两道扇区相互错开半个区。当码盘转动时，它的输出信号是相位差为90的A相和B相脉冲信号以及只有一条透光狭缝的第三码道所产生的脉冲信号（它作为码盘的基准位置，给计数系统提供一个初始的零位信号）。从A，B两个输出信号的相位关系（超前或滞后）可判断旋转的方向。由图3（A）可见，当码盘正转时，A道脉冲波形比B道超前/2，而反转时，A道脉冲比B道滞后/2。图3（B）是一实际电路，用A道整形波的下沿触发单稳态产生的正脉冲与B道整形波相与，当码盘正转时只有正向口脉冲输出，反之，只有逆向口脉冲输出。因此，增量编码器是根据输出脉冲源和脉冲计数来确定码盘的转动方向和相对角位移量。通常，若编码器有N个（码道）输出信号，其相位差为/N，可计数脉冲为2N倍光栅数，现在N2。图3电路的缺点是有时会产生误记脉冲造成误差，这种情况出现在当某一道信号处于“高”或“低”电平状态，而另一道信号正处于“高”和“低”之间的往返变化状态，此时码盘虽然未产生位移，但是会产生单方向的输出脉冲。例如，码盘发生抖动或手动对准位置时（下面可以看到，在重力仪测量时就会有这种情况）。图4是一个既能防止误脉冲又能提高分辨率的四倍频细分电路。在这里，采用了有记忆功能的D型触发器和时钟发生电路。由图4可见，每一道有两个D触发器串接，这样，在时钟脉冲的间隔中，两个Q端（如对应B道的74LS175的第2、7引脚）保持前两个时钟期的输入状态，若两者相同，则表示时钟间隔中无变化；否则，可以根据两者关系判断出它的变化方向，从而产生正向或反向输出脉冲。当某道由于振动在高、低间往复变化时，将交替产生正向和反向脉冲，这在对两个计数器取代数和时就可消除它们的影响（下面仪器的读数也将涉及这点）。由此可见，时钟发生器的频率应大于振动频率的可能最大值。由图4还可看出，在原一个脉冲信号的周期内，得到了四个计数脉冲。例如，原每圈脉冲数为1000的编码器可产生4倍频的脉冲数是4000个，其分辨率为009。实际上，目前这类传感器产品都将光敏元件输出信号的放大整形等电路与传感检测元件封装在一起，所以只要加上细分与计数电路就可以组成一个角位移测量系统（74159是416译码器）。三、应用中问题分析及改进措施（一）应用中问题分析光电检测装置的发射和接收装置都安装在生产现场，在使用中暴露出许多缺陷，其有内在因素也有外在因素，主要表现在以下几个方面1发射装置或接受装置因机械震动等原因而引起的移位或偏移，导致接收装置不能可靠的接收到光信号，而不能产生电信号。例如；光电编码器应用在轧钢调速系统中，因光电编码器是直接用螺栓固定在电动机的外壳上，光电编码器的轴通过较硬的弹簧片和电动机转轴相连接，因电动机所带负载是冲击性负载，当轧机过钢时会引起电动机转轴和外壳的振动。经测定；过钢时光电编码器振动速度为26MM/S，这样的振动速度会损坏光电编码器的内部功能。造成误发脉冲，从而导致控制系统不稳定或误动作，导致事故发生。2因光电检测装置安装在生产现场，受生产现场环境因素影响导致光电检测装置不能可靠的工作。如安装部位温度高、湿度大，导致光电检测装置内部的电子元件特性改变或损坏。例如在连铸机送引锭跟踪系统，由于光电检测装置安装的位置靠近铸坯，环境温度高而导致光电检测装置误发出信号或损坏，而引发生产或人身事故。3生产现场的各种电磁干扰源，对光电检测装置产生的干扰，导致光电检测装置输出波形发生畸变失真，使系统误动或引发生产事故。例如；光电检测装置安装在生产设备本体，其信号经电缆传输至控制系统的距离一般在20M100M，传输电缆虽然一般都选用多芯屏蔽电缆，但由于电缆的导线电阻及线间电容的影响再加上和其他电缆同在一起敷设，极易受到各种电磁干扰的影响，因此引起波形失真，从而使反馈到调速系统的信号与实际值的偏差，而导致系统精度下降。（二）改进措施1改变光电编码器的安装方式。光电编码器不在安装在电动机外壳上，而是在电动机的基础上制作一固定支架来独立安装光电编码器，光电编码器轴与电动机轴中心必须处于同一水平高度，两轴采用软橡胶或尼龙软管相连接，以减轻电动机冲击负载对光电编码器的机械冲击。采用此方式后经测振仪检测，其振动速度降至12MM/S。2合理选择光电检测装置输出信号传输介质，采用双绞屏蔽电缆取代普通屏蔽电缆。双绞屏蔽电缆具有两个重要的技术特性，一是对电缆受到的电磁干扰具有较强的防护能力，因为空间电磁场在线上产生的干扰电流可以互相抵消。双绞屏蔽电缆的另一个技术特点是互绞后两线间距很小，两线对干扰线路的距离基本相等，两线对屏蔽网的分布电容也基本相同，这对抑制共模干扰效果更加明显。3利用PLC软件监控或干涉。在连铸生产的送引锭过程要求光电检测装置产生有时序性的电信号，同时，该信号与整个过程不同阶段相对应。如图5。1）送引锭过程启动前，光电信号1为“1”。（2）送引锭过程启动后，在A阶段，辊道启动，引锭杆上送。当引锭杆挡住光电装置发射出的红外光时，光电信号为“0”；当红外光透过引锭杆中部2个小圆孔时，光电装置发出信号2和3，均为“1”。（3）送引锭过程在B阶段，光电信号为“0”，辊道停下，引锭杆暂停上送，扇形10段压下，启动拉矫机和“同步1”，引锭杆继续上送。（4）送引锭过程在C阶段，引锭杆上送，并不再挡住红外光，光电信号4为“1”，启动“同步2”，停下“同步1”，引锭杆继续上送。至此光电装置工作过程结束。根据光检测电装置的工作过程，只要现场测定送引锭过程中各个光电信号发生的时间，结合送引锭过程与光电信号的关系，利用PLC应用程序中的相关数据，编制符合要求的PLC程序，将PLC程序输出信号输入至PLC的输入模块，替代原光电信号的输入信号。其程序框图如图6所示。四、结语光电检测装置本身是由电子元器件构成，它对安装环境有一定的技术要求，特别是在较恶劣环境下使用，要采取相应的保护措施，以使光电检测装置工作在其产品要求的技术条件下，才能发挥装置的技术性能。否则光电检测装置的使用寿命及其工作的可靠性都将受到不同程度的影响。结合光电检测装置在生产过程控制中的应用实践，在控制系统设计中；不宜采用光电检测装置的信号作为重要的控制信号，以避免光电装置突然损坏或工作不稳定（环境高温、湿度大、机械振动、外力碰创等）引起其他设备事故。在控制系统中应用PLC程序实适进行过程控制的监控或干涉，以克服了因系统中采用光电装置而存在的各种缺陷，是提高系统可靠性的有效途径。当指示光栅和标尺光栅的线纹相交一个微小的夹角时由于挡光效应当线纹密度50条/MM时或光的衍射作用当线纹密度100条MM时在与光栅线纹大致垂直的方向上两线纹夹角的等分线上产生出亮、暗相间的条纹，这些条纹称为“莫尔条纹”。辐射摩尔条文基于莫尔条纹的玻璃缺陷检测技术的实验研究1引言随着玻璃业的不断发展，需求量的不断增加，对其产品的质量要求也是越来越高，此时玻璃质量检测起到了非常重要的作用。传统的玻璃检测的方式是直接通过CCD摄像机获取图像，然后通过对图像的分析处理达到检测的目的，另一种是通过激光检测，它是获取玻璃表面与玻璃透射的激光来信号与原信号的关系来检测玻璃缺陷。虽然直接用CCD相机检测的可视效果不错，但精度有限，激光检测设备却在安装上要求严格。为此，提出了一种基于莫尔条纹的玻璃缺陷检测的方法。2莫尔条纹图1莫尔条纹在我们生活中常常见到莫尔现象，当薄的两层丝绸叠加在一起并作相对运动时，形成一种漂动的水波型花样，这就是莫尔条纹（亦称为云纹）。1874年英国物理学家瑞利首次将莫尔图案作为一种计测手段，从而开创了莫尔测试技术。在莫尔测试技术中123，通常利用两块光栅或者光栅的两个像的叠加产生莫尔条纹，如图1所示，以获得各种被测量的信息。莫尔条纹形成原理45我们用两块光栅相叠合说明莫尔条纹的形成，光栅的特性可用它的透射系数或者透射频率表征。设两块光栅在X轴方向的周期分别为D1和D2，如图2所示。设其空间频率为和XX图2光栅D1/D，其透射率分别为2/1D111222COSCOSCSXFXMD式中和是光栅的线条序数，并有，。设用强度为的平面波连12XM1X20续通过两块光栅，则透射强度为或者写成01212012212COSCS1COSCOSFXXX式中第一项是平均光强度；第二、三两项是原0122121COSCOSMM来的光栅周期结构；第四项为和频项，其空间频率为两光栅空间频率之和，条纹变密；第五项为差频项，其空间频率为两光栅的空间频率之差，条纹变疏。莫尔条纹原理将作为基于莫尔条纹玻璃缺陷检测研究的基础。3检测原理莫尔条纹玻璃缺陷检测原理是基于光的干涉，当相对放置之的两片光栅相对移动或者弯曲时，就可以看见明显的干涉条纹，即莫尔条纹。原理如图3所示，将一个带有光栅的光源放置在被检测玻璃的下方，其中光栅G1的栅距较大，光栅G2的栅距较小。G1通过玻璃经过透镜成像在光栅G2上面，形成莫尔条纹。当有缺陷的玻璃移动时，由光源光栅G1玻璃凸透镜光栅G2CCD相机图3检测原理图干涉产生的莫尔条纹也随之发生变化，因为干涉方法具有很高的灵敏度，即使在光学畸变很弱的情况下，根据CCD摄像机采集到的莫尔条纹也能够检测并计算出玻璃缺陷的光畸变形状和强度。光栅玻璃缺陷变形区域图4光线通过缺陷示意图AB如图4所示，当光线通过光栅再穿过玻璃时，由于其中的缺陷及缺陷周围玻璃密度的分布不均匀，光线穿到这些区域的时候，一部分光被遮挡住，而另一部分则以各种形式发生散射，此时在玻璃的另一端将很明显的看到变形的光栅，整个缺陷部分（包括周围的不均匀部分，如图中A、B部分）都能通过CCD摄像机得到其相关信息。但对于直接用CCD摄像机拍摄，它却无法获取玻璃不均匀部分A、B的信息。4实验研究及对比为了更好的验证莫尔条纹检测技术的优越性，实验的时候我们用CCD相机分别获取了不同玻璃缺陷的图片进行研究（其中包含了直接通过CCD摄像机拍摄到的玻璃缺陷图）。（1）气泡A直接拍摄的气泡B通过莫尔条纹拍摄的气泡图5气泡如图5所示，这是同一个气泡在不同的条件下获取的气泡缺陷。图5B中的气泡不但保持了图5A中的特点，在周围还有相对明显的光学变化，这样使得在分析通过莫尔条纹获取的气泡缺陷时具有更多的信息。（2）结石A直接拍摄的结石B通过莫尔条纹拍摄的结石图6结石通过图6，我们能够明显看出通过光栅拍摄到的图像不但带有更多的信息，而且图6B中产生的变形区域比图6A中的大很多，这样不但能够更好的判断出结石缺陷而且还能更好的对其进行分析处理。（3）夹杂物A直接拍摄的夹杂物B通过莫尔条纹拍摄的夹杂物图7夹杂物如图7所示的夹杂物，由于它在处在玻璃的中层，在加上缺陷本身也比较薄，因而光线在其周围具有较强的穿透力，因而通过CCD摄像机得到的夹杂物图像较为模糊，图7A所示。由于穿过光栅的光源没有直接拍摄时那么的强，通过莫尔条纹得到的夹杂物图像不但比图7A清晰，而且由于周围的不均匀玻璃成分，而具有更多可供分析的信息。因而通过实验，我们可以看出基于莫尔条纹玻璃缺陷检测法的优势所在。5实验分析通常的CCD摄像机给出了由于气泡、结石等缺陷引起的光强变化。但是任何玻璃上的污渍也会给出错误的信号，使其不易与真正的缺陷区别开来。莫尔条纹的计算给出了点缺陷周围的屈光值，而且精确度比其它方法高的多。而且污渍不会对干涉条纹产生任何影响，正是由于这一点使得莫尔条纹检测具有更高的可靠性。在激光检测设备上，运用激光扫描仪和最新的激光振荡发光二极管光源技术来计算屈光值的，防止误检的产生。但是在玻璃板带横向上的探测精度却远远不够，其主要原因是由于点缺陷引起的激光束偏移不是1UM，而必须是100以上才会在其放大器输出上有信号，采用振荡发光二极管光源的摄像系统在光强上具有很高的电分辨率，但受到发光二极管尺寸的限制，而不能在缺陷很小及玻璃很厚的时候精确的给出可信的屈光数据6。通过实验研究，如果光栅的位置不变，在光栅中间放一个可使光线发生偏转的玻璃，干涉条纹的变化与透射光线的偏转有直接的联系，由此可以计算出玻璃每点的屈光值，这种测量屈光值的方法具有很高的精度。6莫尔条纹应用现状和发展前景近几年莫尔条纹的应用研究取得了进展，从宏观到微观，从常温到高低温，从静态到动态等都有着应用和研究的例子，如在高温高压下等恶劣环境下物体形变的测量、微电子封装组件的热变形研究、在新材料微观力学实验研究中的应用，在现场测试中的应用。因而将莫尔条纹作为一种检测和研究方法有着深远的意义。参考文献第十一章光栅的莫尔条纹演示光栅种类很多，可分为物理光栅和