光栅式传感器

1、.1 光栅传感器的结构光栅传感器的结构.2 莫尔条纹形成的原理莫尔条纹形成的原理.3 莫尔条纹技术的特点莫尔条纹技术的特点.4 光栅的光路光栅的光路.5 辨向原理辨向原理.6 细分技术细分技术上一页下一页返 回编辑课件2l光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光栅和光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接收元件组成。指示光栅）和光电接收元件组成。 上一页下一页返 回编辑课件3l钨丝灯泡：钨丝灯泡：输出功率较大，工作范围较宽（输出功率较大，工作范围较宽（-40到到+130）与光电元件相组合的转换效率低。在机械振动和冲击与光电元件相组合的转换效率低。在机械振动和冲击条件下工作时，使用

2、寿命将降低。条件下工作时，使用寿命将降低。l半导体发光器件半导体发光器件:转换效率高，响应特征快速。转换效率高，响应特征快速。 如砷化镓发光二极管，与硅光敏三极管相结合，转换如砷化镓发光二极管，与硅光敏三极管相结合，转换效率最高可达效率最高可达30%左右。砷化镓发光二极管的脉冲响左右。砷化镓发光二极管的脉冲响应速度约为几十应速度约为几十ns，可以使光源工作在触发状态，从，可以使光源工作在触发状态，从而减小功耗和热耗散。而减小功耗和热耗散。 上一页下一页返 回编辑课件4a+b=W称为光栅的栅距（或光栅常数）称为光栅的栅距（或光栅常数）通常情况下，通常情况下，a=b=W/2 上一页下一页返 回编辑

3、课件5l包括有包括有光电池光电池和和光敏三极管光敏三极管等部分。等部分。l在采用固态光源时，需要选用敏感波长与光源在采用固态光源时，需要选用敏感波长与光源相接近的光敏元件，以获得高的转换效率。相接近的光敏元件，以获得高的转换效率。在光敏元件的输出端，常接有放大器，通过放在光敏元件的输出端，常接有放大器，通过放大器得到足够的信号输出以防干扰的影响。大器得到足够的信号输出以防干扰的影响。上一页下一页返 回编辑课件62tantan横向莫尔条纹的斜率横向莫尔条纹的斜率莫尔条纹间距莫尔条纹间距WWBCABBH2sin22sin莫尔条纹的宽度莫尔条纹的宽度BH由由光栅常数与光栅夹角决定光栅常数与光栅夹角决

4、定 上一页下一页返 回编辑课件7（1）调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了）调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了放大作用，又提高了测量精度。放大作用，又提高了测量精度。（2）莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信）莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信 号作进一步细分，即采用号作进一步细分，即采用“倍频技术倍频技术”。这样可以提。这样可以提 高测量精度或可以采用较粗的光栅。高测量精度或可以采用较粗的光栅。（3）光电元件对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻光电元件对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻 线的局部误差和周期误差对于精度没有直接的线的局部误差和周期误差对于精

5、度没有直接的 影响。影响。 因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。 这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。 上一页下一页返 回编辑课件8l1）莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，）莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。 l2）当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动）当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运时，莫尔

6、条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图中，当指示光栅向右移动时，纹亦反向移动。在图中，当指示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。莫尔条纹向上运动。 l3）莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距，它随）莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距，它随着指示光栅与主光栅刻线夹角而改变。越小，越着指示光栅与主光栅刻线夹角而改变。越小，越大，相当于把微小的栅距扩大了大，相当于把微小的栅距扩大了 倍。由此可倍。由此可见，计量光栅起到光学放大器的作用。见，计量光栅起到光学放大器的作用。 1编辑课件9 例如，对线例如，对线mm的

7、长光栅而言，的长光栅而言，0.04mm，若若=0.016rad，则，则=2.5mm.，光敏元件可以分辨，光敏元件可以分辨2.5mm的间隔，但无法分辨的间隔，但无法分辨0.04mm的间隔。的间隔。 l4）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。例如，采用等。例如，采用100线线/mm光栅时，若光栅移动了光栅时，若光栅移动了xmm（也就是移过了（也就是移过了100 x条光栅刻线），则从条光栅刻线），则从光电元件面前掠过的莫尔条纹也是光电元件面前掠过的莫尔条纹也是100条。由于条。由于莫尔条纹比栅距宽得多，所以能够被光敏元件所识莫尔条纹比栅距宽得多，所以

8、能够被光敏元件所识别。将此莫尔条纹产生的电脉冲信号计数，就可知别。将此莫尔条纹产生的电脉冲信号计数，就可知道移动的实际距离了。道移动的实际距离了。编辑课件10l“零刻度零刻度”编辑课件11当标尺光栅相对于指示光栅转动时，条纹即沿径向移动，当标尺光栅相对于指示光栅转动时，条纹即沿径向移动，测出条纹移动数目，即可得到标尺光栅相对指示光栅转动的角度。测出条纹移动数目，即可得到标尺光栅相对指示光栅转动的角度。 上一页下一页返 回编辑课件12l透射光路透射光路l反射光路反射光路 上一页下一页返 回编辑课件131-光源光源2-准直透镜准直透镜3-主光栅主光栅4-指示光栅指示光栅5-光电元件光电元件 此光路适合于粗栅距的黑白透射光栅。此光路适合于粗栅距的黑白透射光栅。 特点：特点：结构简单，位置紧凑，调整使用方便，应用广泛。结构简单，位置紧凑，