第六章课件2010.ppt

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1、第六章其他传感器为什么要设立本章？尚有一些重要的传感器不能归类为前述的电阻式、电感式、电容式三种基础传感器以及有源传感器，故设本章。本章内容提要：6.1光栅传感器6.2感应同步器6.3光电码盘6.4光纤传感器6.5超声波传感器6.6红外传感器6.7电荷耦合器件6.1光栅传感器(OpticalGratingTransducer)6.1.1光栅传感器总体描述1又称计量光栅，直接测量的物理量是机械位移。2目前测量精度可达(0.2±2×10-6×L)um。L为被测长度，单位为米。3工作原理：莫尔条纹。光栅传感器总体描述4它也可以测量能够转换为位

2、移的其他物理量，如速度、加速度、振动、质量、表面轮廓等。5多级转换，迂回实现，这是传感技术奥妙无穷、生机无限de重要原因之一。光栅传感器样品之一：电火花小孔加工机床：可钻直径0.3mm、深60mm孔电火花小孔加工机床上配置的光栅传感器万能摇臂铣床万能摇臂铣床上配置的光栅传感器6.1.2基本原理——莫尔条纹（MorieFringes）演示实验：请您亲自观察莫尔条纹现象莫尔条纹的语言描述：现有两块长方形的光学玻璃，几何尺寸相同，平行于其短边，均匀、细密的刻画若干不透明的刻线，设刻线本身宽度为a，刻线之间的距离为b，w=a+b。将其相对叠放在

3、一起，二者不接触，中间留有很小的缝隙，并使栅线之间保持很小的夹角β，用光照射之，则在与刻线近乎垂直的方向上得到明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。设两条相邻的莫尔条纹之间的距离为BH。莫尔条纹的特点：1放大作用：BH=W/2sin(0.5β)，只要调整夹角β可得到很大的莫尔条纹的宽度BH，起到了放大的作用。2位移对应：位移幅度对应：当两块光学玻璃之间发生横向相对位移时，莫尔条纹将发生垂直方向的移动。主光栅、指示光栅之间相对位移1个W，莫尔条纹将垂直移动1个BH。位移方向对应：光学玻璃之间横向相对位移方向反向时，莫尔条纹在垂直方向的移动也发生反

4、向。莫尔条纹的特点：刻线误差平均效应：光电元件接收的并不只是固定一点的条纹，而是在一定长度范围内所有刻线产生的条纹,刻线误差对BH不产生严重影响。（例：家庭做饭食堂做饭）莫尔条纹是渐变的，为电子细分提供了可能：莫尔条纹的亮与暗之间是渐变的，经光电转换后，电信号近似为正弦。可将电信号做进一步细分，将位移测量的分辨率变成比W更小的单位，这样可以提高测量精度或可以采用较粗的光栅。莫尔条纹原理属于科学发现，亦即属于基础研究范畴。还需要进行应用基础研究和开发研究才能够用于实际工程测量。例如①如何利用莫尔条纹原理形成测量装置？②对刻线几何尺寸的要求

5、如何确定？③在何种材料上形成刻线？如何形成？④光源的性能要求如何确定？如何实现？⑤光敏元件的性能要求如何确定？如何实现？⑥光敏元件的电信号如何进一步进行模拟、数字处理？这正是我们下面将要学习的内容。请预习！莫尔条纹的发现：“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。数百年前，一位法国人在跳舞时发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。为此，他写了论文“我所看到的条纹现象”，发表在英皇家学会会刊。英国科学家瑞利于1874年对这种现象给予了科学解释，即上述莫尔条纹的特

6、点。为此，很多权威都把莫尔条纹的发现归功于瑞利。瑞利（RayleighBaron1842——1919）曾获诺贝尔物理学奖曾任英皇家学会会长、剑桥大学校长一切科学上的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度光栅测量系统的产生：由于技术条件的限制，直至20世纪50年代，莫尔条纹这一科学原理才应用于光栅测量系统。从科学发现到技术发明历经近80年的时间。目前栅线密度有每毫米25、50、100、250条四种。6.1.3光栅的光路如前所述光栅式传感器的光路通常有两种形式：透射光路和反射光路。1透射式光路在透明的玻璃上均匀地刻划间距、宽度相等的条纹而形成的

7、光栅叫做透射光栅。图6-5垂直透射式光路2反射式光路在具有强反射能力的基体上，均匀地刻划间距、宽度相等的条纹而形成的光栅叫做反射光栅。图6-6反射式光路6.1.4辨向原理如果能够在物体正向移动时，将得到的脉冲数累加，而物体反向移动时可从已累加的脉冲数中减去反向移动的脉冲数，这样就能得到正确的测量结果。完成这种辨向任务的电路就是辨向电路。图6-8辨向电路原理图6.1.5电子细分技术细分：在莫尔条纹变化一周期时，不是输出1个脉冲，而是输出若干个脉冲，以减小脉冲当量提高分辨率。6.2感应同步器感应同步器的测量原理：两个平面印刷电路绕组的互感随

8、其位置变化。按其用途可分为：直线感应同步器和圆感应同步器。前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移。6.2.1感应同步器的结构1直线感应同步器感应同步器由定尺和滑尺组成，圆感应同步器由定子和转子组成。在定尺