快捷搜索:

光栅数字传感器

  光栅是由许众等节距的透光罅隙和不透光的刻线平均相间布列组成的光电器件。遵循做事道理,光栅可分为物理光栅和计量光栅,物理光栅基于光栅的衍射局面,常用于光谱分解和光波长等丈量;计量光栅是诈欺光栅的莫尔条纹局面举办丈量的器件,常用于位移的周详丈量。

  按用处和机闭景象,计量光栅又可分为丈量线位移的长光栅和丈量角位移的圆光栅。现实使用时,计量光栅又有透射光栅和反射光栅之分,透射光栅是正在透后光学玻璃上平均刻制出平行等间距的条纹酿成的,而反射光栅则是正在不透光的金属载体上刻制出等间距的条纹所酿成。本节首要磋商透射式计量光栅。

  透射光栅的机闭如图12.1.1所示,a为刻线(不透光)宽度,b为罅隙(透光)宽度, W = a+b称为光栅的栅距,普通a=b,也可做成a:b=1.1:0.9。常用的透射光栅的刻线条线,刻线的密度由丈量精度确定。

  光栅数字传感器,平常由光源5(聚光镜4)、计量光栅、光电器件3及丈量电途等一面构成,如图12.1.2所示。计量光栅由标尺光栅1(主光栅)和指示光栅2构成,以是计量光栅又称光栅副,它确定了统统体例的丈量精度。普通主光栅和指示光栅的刻线密度相像,但主光栅要比指示光栅长得众。丈量时主光栅与被测对象连正在一块,并随其运动,指示光栅固定不动,以是主光栅的有用长度确定了传感器的丈量边界。

  将主光栅与标尺光栅重叠安置,两者之间仍旧很小的间隙,并使两块光栅的刻线之间有一个眇小的夹角θ,如图12.1.3所示。当有光源照耀时,因为挡光效应(对刻线条/mm的光栅)或光的衍射效力(对刻线条/mm的光栅),与光栅刻线大致笔直的目标上酿成明暗相间的条纹。正在两光栅的刻线重合处,光从罅隙透过,酿成亮带;正在两光栅刻线的错开的地方,酿成暗带;这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。

  当指示光栅不动,主光栅的刻线与指示光栅刻线之间永远仍旧夹角θ,而使主光栅沿刻线的笔直目标作相对挪动时,莫尔条纹将沿光栅刻线目标挪动;光栅反向挪动,莫尔条纹也反向挪动。主光栅每挪动一个栅距W,莫尔条纹也相应挪动一个间距S。以是通过丈量莫尔条纹的挪动,就能丈量光栅挪动的巨细和目标,这要比直接对光栅举办丈量容易得众。

  ,K=573,相当于将栅距放大了573倍。以是,莫尔条纹的放大倍数相当大,可能告终高灵巧度的位移丈量。

  莫尔条纹是由光栅的很众刻线协同酿成的,对刻线偏差具有均匀效应,能正在很大水准上取消因为刻线偏差所惹起的个别和短周期偏差影响,可能抵达比光栅自身刻线精度更高的丈量精度。以是,计量光栅独特适合于小位移、高精度位移丈量。

  因为光栅刻线夹角θ可能治疗,以是可能依据须要转折θ的巨细来治疗莫尔条纹的间距,这给现实使用带来了便当。

  主光栅和指示光栅的相对位移形成了莫尔条纹,为了丈量莫尔条纹的位移,必需通过光电器件(如硅光电池等)将光信号转换成电信号。

  正在光栅的妥当处所安置光电器件,当两光栅作相对挪动时,光电器件上的光强随莫尔条纹挪动,光强转移为正弦弧线所示。正在a处所,两个光栅刻线重叠,透过的光强最大,光电器件输出的电信号也最大;正在c处所因为光被遮去一半,光强减小;处所d的光被齐全遮去而玉成黑,光强最小;若光栅不停挪动,透射到光电器件上的光强又渐渐增大。光电器件上的光强转移近似于正弦弧线,光栅挪动一个栅距W,光强转移一个周期。光电器件的输出电压可用公式透露为

  通过整形电途,将正弦信号改动成方波脉冲信号,则每通过一个周期输出一个方波脉冲,云云脉冲总数N就与光栅挪动的栅距数相对应,以是光栅的位移为

  无论丈量直线位移依旧丈量角位移,都必需不妨依据传感器的输出信号判别挪动的目标,即判定是正向挪动依旧反向挪动,是顺时针盘旋依旧逆时针盘旋。

  可是,仅有一个光电元件的输出无法判别光栅的挪动目标,由于正在一点查看时,无论主光栅向哪个目标运动,莫尔条纹均作明暗瓜代转移。为了判别目标,平常采用正在相隔1/4莫尔条纹间距

  的处所上安排两个光电元件,得到相位差为90º的两个信号,然后送到如图12.1.5所示的辨向电途举办治理。

  假设当主光栅向左挪动时,莫尔条纹向上挪动,两个光电元件差异输出电压信号U1和U2,如图12.1.6(a),通过放大、整形,取得两个相位差为

  也为高电平,故答允脉冲通过,并触发加减掌握触发器使之置1,可逆计数器对与门Y`输出的脉冲举办加法计数。同理,当标尺光栅向右挪动时,输出信号波形如图12.1.6(b)所示,与门Y2被滞碍,Y1输出脉冲信号使触发器置0,可逆计数器对与门Y2输出的脉冲举办减法计数。主光栅每挪动一个栅距,辨向电途只输出一个脉冲。计数器所计的脉冲个数即代外光栅的位移。

  光栅数字传感器的丈量判袂率等于一个栅距。可是,正在周详检测中一再须要丈量比栅距更小的位移量,为了降低判袂率,可能采用两种要领告终:1)补充刻线密度来减小栅距,可是这种要领受光栅刻线)采用细分本领,使光栅每挪动一个栅距时输出平均散布的n个脉冲,从而取得比栅距更小的分度值,使判袂力降低到

  细分的要领有众种,如直接细分、电桥细分、锁相细分、调制信号细分、软件细分等。下面先容常用的直接细分要领。

  直接细分又称处所细分,常用细分数为4,以是也称为四倍频细分。图12.1.7给出了一种四倍频细分电途及其波形。正在上述辨向电途的根源上,将得到的两个相位相差90º的正弦信号差异整形和反相,就可取得4个相位挨次为0°(S)、90º(C)、180º(

  )的方波信号,经RC微分电途后就可正在光栅挪动一个栅距时,取得平均散布的4个计数脉冲,再送到可逆计数器举办加法或减法计数,云云可将分离率降低4倍。

  四倍频细分的利益是电途简陋,对莫尔条纹信号的波形无厉苛恳求,其差池是细分数不高。采用电桥细分、调制信号细分、锁相细分等可有用降低细分数,相闭细分电途请参阅其他原料。

  光栅数字传感用具有丈量精度高,判袂率高,丈量边界大,动态性格好,适合于非接触式动态丈量,易于告终自愿掌握,通常用于数控机床和周详丈量配置中。可是光栅正在工业现场操纵时,对做事境况恳求较高,不行继承大的抨击和振动,恳求密封,以防范尘土、油污和铁屑等的污染,本钱较高。

  图12.1.8所示为光栅数字传感器用于数控机床的处所检测和处所闭环掌握体例框图。由掌握体例天生的处所指令Pc掌握做事台挪动。做事台挪动流程中,光栅数字传感器连续检测做事台的现实处所

  =Pc时,则P=0,透露做事台已抵达指令处所,伺服电动机停转,做事台确凿地停正在指令处所上。

您可能还会对下面的文章感兴趣: