光栅传感器工作原理

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1、光栅测量系统倪霞林机械工程及自动化学院THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术数字信号检测系统的组成数字信号检测系统的组成传感器整形电路放大器细分电路脉冲当量变换电路计数器寄存器计算机显示执行机构辨向电路数字信号检测系统的组成细分电路THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅数字式传感器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。20线-

2、150线/mm25线-50线/mm透射式反射式为光栅常数，也称光栅栅距。数字信号检测系统的组成THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅的分类按用途分物理光栅计量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，主要用于长度、角度、速度、加速度、振动等物理量的测量。计量光栅长光栅圆光栅用于长度测量用于角度测量按光的走向透射式光栅反射式光栅按栅线的形式黑白光栅（幅值光栅）闪耀光栅（相位光栅）径向光栅切向光栅环形光栅长光栅---直线位移圆光栅-

3、--角位移构成：主光栅---标尺光栅，定光栅指示光栅---动光栅长度---测量范围；刻线密度---测量精度(10、25、50、100、125线/mm)THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅传感器的结构和工作原理光栅传感器的结构THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅传感器的结构和工作原理光源透镜主光栅指示光栅光电元件光栅副光路光栅传感器的结构按运动形式分：直线

4、型---主光栅为直尺形→直线移动旋转型---主光栅为圆盘形→旋转运动按光学形式分：透射式---光源与光电元件在两侧→透射光反射式---光源与光电元件同一侧→反射光THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅传感器的结构和工作原理光栅传感器的结构莫尔条纹的形成THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅传感器的结构和工作原理光栅传感器的工作原理+-位移正弦波条纹宽度：W-

5、栅距，a-线宽，b-缝宽W=a+b，a=b=W/2特例：当=0,w1=w2→B=→光闸莫尔条纹当=0,w1≠w2→纵向莫尔条纹均匀刻线主光栅指示光栅夹角明暗相间条纹莫尔条纹移动THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术莫尔条纹（Moire）方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时→与光栅移动方向垂直同步性：光栅移动一个栅距→莫尔条纹移动一个间距→方向对应放大性：夹角θ很小→B>>W→光学放大→提高灵敏度可调性：夹角θ↓→条纹间距B↑→灵活准确性：大量刻线→误差平

6、均效应→克服个别/局部误差→提高精度THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术莫尔条纹（Moire）的特性THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅传感器的结构和工作原理光栅传感器的工作原理故被测物体位移＝栅距×脉冲数被测物体位移莫尔条纹移动正弦波方波脉冲通过光栅转换通过光电元件转移整形转换逻辑电压转换THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGA

7、UTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅传感器的结构和工作原理光栅传感器的工作原理光栅传感器特点精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″量程大：透射式---光栅尺长（米），反射式---几十米响应快：可用于动态测量增量式：增量码测量→计数断电→数据消失要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动精度成本高：电路复杂THECOLLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,FUZHOUUNIVERSITY机电一体化技术光栅传感器的结构和工作原理光栅传感器的工作原理THECO

8、LLEGEOFMECHANICALENGINEERINGAUTOMATION,F