數(shù)字式傳感器ppt課件(已修改)
2025-05-16 23:28 本頁面
【正文】 數(shù)字式傳感器 1 2 3 磁柵式傳感器 光柵基礎 光柵是在一塊長條型（圓形）光學玻璃（或金屬）上均勻刻上許多寬度相等的刻線，形成透光與不透光相間排列的 光電器件 。 柵線 ——光柵上的刻線，寬度 a 縫隙寬度 b 柵距 w=a+b（也稱光柵常數(shù)） 分類 ? 按原理和用途：物理光柵和 計量光柵 – 物理光柵：刻線細密 ,利用光的衍射現(xiàn)象 ,主要用于光譜分析和光波長等量的測量。 – 計量光柵：主要利用莫爾現(xiàn)象實現(xiàn)長度、角度、速度、加速度、振動等幾何量的測量。 分類 ? 按光的走向： 透射式（玻璃） 和反射式（金屬） – 透射式光柵：刻劃基面采用玻璃材料 – 反射式光柵：刻劃基面采用金屬材料 ? 按柵線形式：黑白光柵（幅值光柵）和閃耀光柵（相位光柵） – 黑白光柵：利用照相復制工藝加工而成 ,其柵線與縫隙為黑白相間結構； – 相位光柵：橫斷面呈鋸齒狀 ,常用刻劃工藝加工而成。 分類 ? 按 應用 類型：長光柵和圓光柵 ? 長光柵：刻劃在玻璃尺上的光柵，也稱為光柵尺，刻線相互平行；用于測量 長度或線位移 構成：主光柵 標尺光柵，定光柵；指示光柵 動光柵 長度 測量范圍；刻線密度 測量精度 ( 2 50、 100、 125線 /mm ) ? 圓光柵：在圓盤玻璃上刻線，用來測量角度或角位移 . wa b放大( a ) 長 光 柵 ( b ) 圓 光 柵放大wa b ? 柵距 柵線寬度 縫隙寬度 柵距角 圓光柵分類： ?根據(jù) 柵線刻劃的方向 ，圓光柵分三種： 徑向光柵 : 其柵線的延長線全部通過光柵盤的圓心； 切向光柵 : 其全部柵線與一個和光柵盤同心的直徑只有零點兒或幾個毫米的小圓相切 。 環(huán)形光柵 : 一簇等間距同心圓組成 . ?若按 光線的走向 ，圓光柵只有透射光柵。 ( a ) 徑 向 光 柵 ( b ) 切 向 光 柵 ( c ) 環(huán) 形 光 柵 1).莫爾條紋的形成及其特征 當指示光柵和主光柵的刻線相交一個微小的夾角 θ時 , 光源照射光柵尺，由于擋光效應，兩塊光柵刻線的 相交處形成暗帶 ，而在 刻線彼此錯開處形成亮帶 。在與光柵線紋大致垂直的方向上 , 產(chǎn)生出亮暗相間的條紋 , 這些條紋稱為“ 莫爾條紋 ” 莫爾條紋 演示 長光柵橫向莫爾條紋 橫向莫爾條紋： 由于兩光柵的柵線夾角 θ 很小，條紋近似與柵線的方向垂直，故稱為 橫向莫爾條紋 。 縱向莫爾條紋： 當柵線的夾角 θ＝ 0， 且兩光柵柵距不等時產(chǎn)生的莫 爾條紋 。 光閘莫爾條紋： 當柵線的夾角 θ＝ 0, 且兩光柵柵距相等時 產(chǎn)生的莫爾條紋。 橫向莫爾條紋 光閘莫爾條紋 縱向莫爾條紋 2) 莫爾條紋的特征 ① 、位移放大作用 2 sin2wWB? ???相鄰兩條莫爾條紋間距 B與柵距 w及兩光柵夾角 θ的關系為： wababaababa?B?w2 1B 1WBBkW??? ? ? ?結論： θ 越小 , k越大， B越大。 例如： θ= 176。 ， W= θ= 176。 = 2π/360= 則： B=。 莫爾條紋間距放大了光柵間距，令 k為放大系數(shù)，則： ② 、運動對應關系 通過莫爾條紋的運動特性判別光柵的運動特性 ?光柵移動一個柵距，莫爾條紋移動一個條紋間隔； ?光柵改變運動方向，莫爾條紋隨之改變運動方向。 ?當移動的刻線數(shù) i和角度 θ 一定時，莫爾條紋間距 B與移動距離 x成正比，即： /W x i xBi? ? ?? ? ? ③ 誤差的平均效應 光電元件對光柵的柵距誤差具有平均 消差 作用 。 ?莫爾條紋由光柵的大量刻線形成 , 幾條刻線的柵距誤差或斷裂對莫爾條紋的位置和形狀影響甚微 。能在很大程度上 消除短周期誤差 的影響 。 ? 工作原理： 利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象實現(xiàn)幾何量的測量 ： 光柵的相對移動使 透射光強度 呈周期性變化，光電元件把這種光強信號變?yōu)橹芷谛宰兓?電信號 ，由電信號的變化即可獲得光柵的相對移動量。 ? 特點： 數(shù)字式傳感器： 能把被測的模擬量 直接 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。與模擬傳感器相比，數(shù)字式傳感器抗干擾能力強 ,穩(wěn)定性強 。易于微機接口 ,便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量。 光柵傳感器的工作原理 一、光電轉(zhuǎn)換原理 1－光源； 2－聚光鏡； 3－光柵主尺； 4－指示光柵； 5－光敏元件； 6－莫爾條紋； 7－光強分布 光閘莫爾條紋光電轉(zhuǎn)換原理 理想情況：三角形 0022s i n ( ) s i n , ( )WmmU U U x U U xW?? ??? ? ? ? ?二、光閘莫爾條紋測量位移原理 ? 當光電元件 5接收到明暗相間的正弦信號時 ,根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。當主光柵移動一個柵距 w時 ,電信號則變化了
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