第6章 传感器原理与测量电路2

1、第第六六章章 NUAA26.8 光栅传感器光栅传感器NUAA36.8 光栅传感器光栅传感器 由几何光学理论可以得到长光栅莫尔条纹的斜率为由几何光学理论可以得到长光栅莫尔条纹的斜率为:tan)cos1 (tan12cWW各条纹的间距为各条纹的间距为:cos2)(cossin2122212121222WWWWWWWWWB其中其中,W1-主光栅的光栅常数主光栅的光栅常数; W2-指示指示光栅的光栅常数；光栅的光栅常数； -两光栅栅线的夹角。两光栅栅线的夹角。NUAA46.8 光栅传感器光栅传感器v莫尔条纹的特征（1）莫尔条纹的变化规律）莫尔条纹的变化规律两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹

2、间距。由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正（余）弦函数，变化周期数与两光栅相对移过的栅距数同步。（2）放大作用）放大作用 若两光栅的光栅常数相等，都为p，由于值很小，莫尔条纹间距 ，明显可看出莫尔条纹有放大作用，放大倍数为 。例如 p = 0.01mm, = 0.01rad, 得B =1mm, 放大100倍。/)2sin2/(ppB/1/pBK（3）均化栅距误差作用）均化栅距误差作用NUAA56.8 光栅传感器光栅传感器 a b c d eNUAA66.8 光栅传感器光栅传感器v圆光栅NUAA76.8 光栅传感器光栅传感器v辨向原理B1/4BY1Y2微分微分微分微分u1u2光敏元件

3、光敏元件莫尔条纹莫尔条纹指示栅指示栅NUAA86.8 光栅传感器光栅传感器v细分技术 细分技术是应用数字传感器时常用的一种技术，其目的是提高测量的分辨率和准确度。 各种数字传感器的输出均为脉冲，每个脉冲间隔相当于一定的被测量，称为脉冲当量。脉冲当量即为该传感器的分辨率。所谓细分，就是在原信号的一个脉冲间隔内，均分出n个脉冲间隔，使脉冲当量减小至原来的1n ，将分辨率提高n倍。也即计数脉冲的频率提高n倍，故也称为n倍频。 常用的方法有：直接倍频、位置细分、电桥细分、鉴幅细分和微机细分等。NUAA9细分技术位置细分基本原理是在一个信号周期内安放两个以上检测元件。6.8 光栅传感器光栅传感器NUAA

4、10细分技术位置细分加计数脉冲 Q ,减计数脉冲 Q 和主计数脉冲 Q 的计算6.8 光栅传感器光栅传感器NUAA11细分技术电桥细分)sin()1 11( 22LmiRRRRRRRuu6.8 光栅传感器光栅传感器NUAA12细分技术鉴幅细分鉴幅细分是利用基准信号在不同鉴幅细分是利用基准信号在不同细分点的不同幅值来进行细分。细分点的不同幅值来进行细分。6.8 光栅传感器光栅传感器NUAA13细分技术微机细分辨向电路辨向电路6.8 光栅传感器光栅传感器NUAA146.9 光纤传感器光纤传感器v光纤结构及其导光示意图n1 n2NUAA156.9 光纤传感器光纤传感器v数值孔径NAnnc2221si

5、nNUAA166.9 光纤传感器光纤传感器v根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器可以分为功能型光纤传感器、非功能型、（传光型）光纤传感器和拾光型光纤传感器三类。NUAA176.9 光纤传感器光纤传感器v功能型传感器利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器，它不仅起传输光波的作用，还起着敏感元件的作用。光源光源光敏元件光敏元件被测对象被测对象测得信息测得信息光导纤维光导纤维NUAA186.9 光纤传感器光纤传感器v传光型传感器光纤仅仅起传光媒介的作用，在光纤中断部的端面加装其它敏感元件构成传感器。光源光源光敏元件光敏元件被测对象被测对象测得信息测得信息光导纤维光导纤维敏感元件敏感元件NUAA

6、196.9 光纤传感器光纤传感器v传光型光纤位移传感器原理图光纤传感器（光纤传感器（BF3 系列）上海闰安系列）上海闰安NUAA206.9 光纤传感器光纤传感器v反射式光纤位移传感器原理图ABCDZOUNUAA216.9 光纤传感器光纤传感器v测量位移的迈克尔逊干涉仪NUAA22 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。的问题。 1 1、灵敏度、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。确定灵敏度

7、时，要考虑以下几个问题。 a)a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)b)量程范围；量程范围； c)c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。传感器选用原则传感器选用原则 NUAA232 2 响应特性响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。迟，但总希望延迟的时间越短越好。 3 3 线性范围线性范围 任何传感器都有一定线性工作范围。在线性任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输

8、出与输入成比例关系，线性范围愈宽，范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。性区域内，是保证测量精度的基本条件。 传感器选用原则传感器选用原则 NUAA244 4 稳定性稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用以后，稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。定性的因素是时间与环境。5 5 精确度精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。测量的对应程度。 传感器选用原则传感器选用原则 6 6 测量方式测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。NUAA25课堂练习课堂练习 有一圆板电容传感器，直