光栅传感器及辨向电路

光栅传感器及辨向电路

2014.04.15

主要内容一、光栅传感器的结构二、莫尔条纹形成的原理

三、莫尔条纹的技术特点四、辨向电路 五、光栅传感器对位移测量的流程

一、光栅传感器的结构 光栅传感器由光源、透镜、光栅副(主光栅和指 示光栅)和光电接收元件组成。

透射式光栅

光栅的外形及结构可移动电缆 扫描头(移动部件固定) 光栅尺

光栅副：指示光栅+主光栅

a+b=W称为光栅的栅距(或光栅常数) 通常情况下，a=b=W/2

二、莫尔条纹形成的原理横向莫尔条纹的斜率tan tan

2

莫尔条纹间距BH AB BC sin W 2 sin W

2

2

莫尔条纹的宽度BH由光栅常 数与光栅夹角决定

三、莫尔条纹技术的特点(1)调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了

放大作用，又提高了测量精度。(2)莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信 号作进一步细分，即采用“倍频技术”。这样可以提 高测量精度或可以采用较粗的光栅。 (3)光电元件对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻 线的局部误差和周期误差对于精度没有直接的影响。 因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。 这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。

莫尔条纹对应正弦波

+

位移

正弦波

四、辨向原理单个光电元件接收一固定点的莫尔条纹信号，只能 判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方向，因 而就不能判别运动零件的运动方向，以致不能正确测 量位移。

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。

辨向光路设置

在相距的位置上设置两个光电元件1和2, 以得到两个相位互差90° 的正弦信号

辨向电路' 1' u1 w

u1

放大 整形

u

Y1与 门

微分

触 发 器

Q

Q

可逆计 数器

反向

u1''

微分'' u1 w

与 门

或门

H

延时

u2

放大 整形

u

' 2

Y2

正向移动时脉冲数累加，反向移动时，便从累加的脉冲数中 减去反向移动所得到的脉冲数，这样光栅传感器就可辨向。

辨 向 电 路 各 点 波 形 图

五、光栅传感器对位移测量的流程

被 测 物 通过光栅 换 体 转 位 移

莫 尔 条 通过光电 纹 元件转移 移 动

正 弦 波

整 转

形 换

方 逻辑电压 换 波 转

脉 冲

故

被测物体位移=栅距×脉冲数

光栅传感器在数控机床上的应用角编码器 安装在夹 具的端部

切削刀具 被加工工件 光栅扫描头 防护罩内为直线光栅