傳感器與檢測技術(shù)---第9章數(shù)字式傳感器(已修改)
2024-10-31 10:44 本頁面
【正文】 第 9章 數(shù)字式傳感器 第 9章 數(shù)字式傳感器 光柵傳感器 數(shù)字編碼器 感應同步器 返回主目錄 第 9章 數(shù)字式傳感器 第 9章 數(shù)字式傳感器 數(shù)字式傳感器是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成數(shù)字量的一類傳感器， 它的特點是測量精度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，便于與計算機通信，測量信號適宜遠距離傳輸?shù)取? 這些傳感器既可以測線位移 , 也可以測角位移 , 還可用來測長度 , 它們在自動檢測和自動控制中得到日益廣泛的應用 。 數(shù)字是傳感器發(fā)展歷史不長，種類也不太多，下面就常用的光柵傳感器、光電式編碼器和感應同步器加以介紹。 第 9章 數(shù)字式傳感器 一 ． 光柵的結(jié)構(gòu) 光柵是一種在鍍膜玻璃上刻有許多明暗相間 、 等間距分布的細小條紋 （ 即柵線 ） 的光學元件 。 如下圖所示： 光柵傳感器 圖中 a 為柵線的寬度， b 為柵線間距， a+b=W 稱為光柵的柵距（光柵常數(shù)） 通常 a=b=W/2。目前常用的光柵每毫米刻成 2 50、 100、 250條線條。 第 9章 數(shù)字式傳感器 二 ． 光柵測量原理 將兩塊柵距相等的光柵疊合在一起 ， 并使兩者的柵線之間相交一個微小的夾角 ,如圖 9 2所示 。 這樣就可以看到在與光柵線紋大致垂直的方向上 , 出現(xiàn)亮暗相間的條紋 , 這些條紋稱為 “ 莫爾條紋 ” 。 其中 兩條亮條紋 （ 或兩條暗條紋 ） 之間的距離稱為莫爾條紋寬度 （ 或莫爾條紋間距 ） ， 記作 BH。 ??WWBH ??2s in2（ 9 1） 第 9章 數(shù)字式傳感器 莫爾條紋的特點 : (1) 位移的放大作用 當光柵移動一個柵距 W時 , 莫爾條紋移動一個間距 BH, 因莫爾條紋的間距 BH與兩光柵線紋夾角 θ之間的關(guān)系為 : BH ≈W/θ 由此可知 ， θ越小 , BH越大 。 例如 θ=10分 , 則 1/θ≈344, 即莫爾條紋寬度是柵距的 344倍 。 這相當于把柵距放大了1/θ倍 , 提高了測量的靈敏度 。 （ 2） 莫爾條紋的移動方向 如光柵 1向右移動 ， 則莫爾條紋向下移動 。 反之向上移動 。 見下圖所示 第 9章 數(shù)字式傳感器 光柵 1 光柵 2 BH W 第 9章 數(shù)字式傳感器 (3) 誤差的平均效應 莫爾條紋由光柵的大量刻線形成 , 對線紋的刻劃誤差有平均抵消作用 , 能在很大程度上消除短周期誤差的影響 。 三 、 光柵傳感器的組成 光柵傳感器由光源 、 透鏡 、 光柵副 （ 標尺光柵和指示光柵 ） 、 光電接收元件和光柵數(shù)顯表組成 。 如圖 9–3(c)為透射光柵示意圖 。 標尺光柵的有效長度即為測量范圍 。 指示光柵比標尺光柵短得多 , 但兩者刻有同樣的柵距 , 使用時兩光柵互相重疊 , 兩者之間有微小的空隙 , 其中一片固定 , 另一片隨著被測物體移動 , 即可實現(xiàn)位移測量 。 第 9章 數(shù)字式傳感器 由莫爾條紋的形成可知 ， 兩條亮線之間光強是一個漸變的過程 。 若用光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變化 , 則將光信號轉(zhuǎn)換為電信號后 , 輸出電壓可用光柵位移量 x的正弦函數(shù)表示 , 如下圖 9 4所示 。 則 式中： uo——為光電元件輸出的電壓信號 。 Uo— 為輸出信號中的平均直流分量 。 Um— 為輸出信號中正弦交流分量的幅值 。 )22s i n ( W xUUu moo ?? ??? （ 9 2） 第 9章 數(shù)字式傳感器 圖 9 4 光柵位移與光強、輸出電壓的關(guān)系 第 9章 數(shù)字式傳感器
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