4.2.1光栅传感器测量位移（光栅的结构）

●项目——位移检测●任务——数控机床位移检测（光栅的结构）►任务导入光栅传感器测量位移精确测量位移、长度和零件尺寸光栅数显测量系统精度高，安装及操作容易，价格低，回收投资快►光栅式位移传感器光栅传感器测量位移定义：光栅式位移传感器是一种数字式传感器，它直接把非电量转换成数字量输出。特点应用√检测精度和分辨率高√抗干扰能力强√稳定性好√易与微机接口√便于信号处理和实现自动化测量等√易实现系统的自动化和数字化√用于高精度机床和一起的精密定位或长度、速度、加速度及振动等方面的测量►光栅式位移传感器光栅传感器测量位移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。一、光栅的分类——按用途计量光栅物理光栅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用于长度、角度、速度、加速度、振动等物理量的测量又称光栅尺，用于长度或直线位移的测量√长光栅又称光栅盘，用于角度或角位移的测量√圆光栅►光栅的分类——按光线走向反射式光栅透射式光栅用光学玻璃做基体20线-150线/mm用不锈钢做基体25线-50线/mmW为光栅常数，也称光栅栅距►光栅传感器的结构光栅传感器测量位移w-栅距，a-线宽，b-缝宽，通常a=b光栅的栅距w=a+b√光栅的精度越高，栅距W就越小；√一般栅距可由刻线密度算出，刻线密度为25，50，100，125,250条/mm。►光栅传感器的结构光栅传感器测量位移光栅副透镜主光栅指示光栅光电元件光源►光栅传感器的结构光栅传感器测量位移主光栅指示光栅计量光栅（光栅副）√主光栅和指示光栅的刻线宽度和间距完全一样。√将指示光栅和主光栅叠合在一起，两者之间保持很小的间距。►光栅传感器的结构光栅传感器测量位移主光栅指示光栅计量光栅（光栅副）√主光栅固定不动，而指示光栅安装在运动部件上，所以两者之间形成相对运动。长光栅►光栅传感器的结构光栅传感器测量位移主光栅指示光栅计量光栅（光栅副）√指示光栅通常固定不动，而主光栅随轴转动。圆光栅►光栅传感器的结构光栅传感器测量位移光电元件√包括光电池和光敏三极管等部分。√在采用固态光源时，需要选用敏感波长与光源接近的光敏元件，以获得高的转换效率。√在光敏元件的输出端，常接有放大器，通过放大器得到足够的信号输出以防干扰的影响。►光栅传感器的结构光栅传感器测量位移尺身尺身安装孔反射式扫描头（与移动部件固定）扫描头安装孔可移动电缆防尘保护罩的内部为长光栅►莫尔条纹光栅传感器测量位移莫尔条纹的形成当两个有相同栅距的光栅合在一起，其栅线之间倾斜一个很小的夹角θ，于是在近乎垂直于栅线的方向上出现了明暗相间的条纹。这种条纹称莫尔条纹。1、莫尔条纹的形成►莫尔条纹——莫尔条纹的形成光栅传感器测量位移√莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带，它由一系列四棱形图案组成。►莫尔条纹——莫尔条纹的宽度光栅传感器测量位移莫尔条纹间距：当光栅每移动一个光栅栅距W时，莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度BH，即相邻的两明暗条纹之间的距离BH称为例如：θ=0.1°，则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度BH是栅距W的573倍，这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用，从而提高了测量的灵敏度。θ越小，BH越大，这相当于把栅距W放大大了1/θ倍。►莫尔条纹光栅传感器测量位移播放中……当=0,w1=w2

→B=

√

光闸莫尔条纹►莫尔条纹光栅传感器测量位移√

纵向莫尔条纹播放动画当=0,w1≠w2

►

莫尔条纹误差平均效应移动放大作用方向对应关系倍频提高精度直接数字测量莫尔条纹时由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅的刻画误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。莫尔条纹的间距BH是放大了的光栅栅距，相当于把微小的栅距扩大了K倍，因此计量光栅起到了光学放大的