(工程測(cè)試與信號(hào)處(編輯修改稿)
2025-03-16 22:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 定電極筒電容式長度及線位移測(cè)量總電容為 Cx=C1+C2，作為一個(gè)橋臂， Cx與固定電容 C0、變壓器 T的次級(jí) L1和 L2構(gòu)成電橋，音頻信號(hào)經(jīng)變壓器耦合為電橋提供交流電源。如果帶材只是上下波動(dòng)，電容的增量一個(gè)增加一個(gè)減少，總的電容量Cx=C1+C2不變；如果帶材的厚度變化，則電容Cx將隨之變化，電橋?qū)⒃撔盘?hào)變化轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)放大、整流等處理電路后，輸出的直流信號(hào)指示厚度變化值 光柵位移傳感器 (Optical gratings) 在一塊長條形 (圓形 )光學(xué)玻璃 (或金屬 )上進(jìn)行均勻刻劃，可得到一系列密集刻線，如圖所示，這種具有周期性刻線分布的光學(xué)元件稱為光柵。圖中， a為光柵刻線寬度， b為光柵縫隙寬度 ， a+b=W 稱為光柵的柵距 (也稱光柵常數(shù) (Grating period))。為了方便處理，通常取 a=b=W/2。 光柵式傳感器有如下的特點(diǎn)：(1) 大量程兼有高分辨力和高精度。在大量程長度與直線位移測(cè)量方面，長光柵測(cè)量精度僅低于激光干涉?zhèn)鞲衅?；圓分度和角位移測(cè)量方面，圓光柵測(cè)量精度最高。一般長光柵測(cè)量精度達(dá) (～ 3)/3000mm ，分辨力達(dá) ，圓光柵測(cè)量精度達(dá) ″ ，分辨力達(dá) ″ 。(2) 可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。(3) 具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適合一般實(shí)驗(yàn)室條件和環(huán)境較好的車間現(xiàn)場。 光柵式傳感器在幾何量測(cè)量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，所有與長度 (位移 )和角度 (角位移 )測(cè)量有關(guān)的精密儀器中都經(jīng)常使用光柵式傳感器，此外，在測(cè)量振動(dòng)、速度、應(yīng)力、應(yīng)變等機(jī)械測(cè)量中也常有應(yīng)用。 一、 計(jì)量光柵的種類 利用光柵的莫爾條紋 (Moire patterns)現(xiàn)象進(jìn)行精密測(cè)量的光柵稱為計(jì)量光柵。根據(jù)基材不同，分為金屬光柵與玻璃光柵；根據(jù)刻劃形式不同，分為振幅光柵與相位光柵；根據(jù)光線的走向，分為透射光柵與反射光柵；根據(jù)用途不同，分為長光柵與圓光柵。1．長光柵 刻劃在玻璃尺上的光柵稱為長光柵，也稱為 光柵尺 (Grating ruler)，用于測(cè)量長度或直線位移。其刻線相互平行，一般以每毫米長度內(nèi)的柵線數(shù) (即柵線密度 )來表示長光柵的特性。 根據(jù)柵線型式的不同，長光柵分 黑白光柵 和 閃耀光柵 。黑白光柵是指只對(duì)入射光波的振幅或光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制的光柵，所以又稱振幅光柵。閃耀光柵是對(duì)入射光波的相位進(jìn)行調(diào)制，也稱相位光柵。振幅光柵的柵線密度一般為 20～ 125線 /mm，相位光柵的柵線密度通常在 600線 /mm以上。Grating ruleropaquetransparent Grating ruler glass plateLight sourcePhotodetectorreflectiveNonreflective steel plateGrating rulerLight source Photodetector2．圓光柵刻劃在玻璃盤上的光柵稱為圓光柵，也稱光柵盤 (Grating disk)，用來測(cè)量角度或角位移。圓光柵的參數(shù)多數(shù)是以整圓上刻線數(shù)或柵距角 (也稱為節(jié)距角 )γ 來表示，它是指圓光柵上相鄰兩柵線之間的夾角，如圖所示。根據(jù)柵線刻劃的方向，圓光柵分兩種，一種是徑向光柵，另一種是切向光柵，切向光柵適用于精度要求較高的場合。二、莫爾條紋 (Moir233。Patterns)長光柵莫爾條紋的寬度為式中： W1為標(biāo)尺光柵 1(也稱為主光柵 )的光柵常數(shù)； W2為指示光柵 2的光柵常數(shù)； θ 為兩光柵柵線的夾角。 莫爾條紋有如下的重要特性： 1) 運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系 莫爾條紋的移動(dòng)量與移動(dòng)方向與兩光柵的相對(duì)位移量和位移方向有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)主光柵向右運(yùn)動(dòng)一個(gè)柵距 W1時(shí)，莫爾條紋向下移動(dòng)一個(gè)條紋間距 B ；如果主光柵向左運(yùn)動(dòng)，則莫爾條紋向上移動(dòng)。所以，光柵傳感器在測(cè)量時(shí)，可以根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)量和移動(dòng)方向，來判定主光柵 (或指示光柵 )的位移量和位移方向。 2) 位移放大作用若兩光柵柵距 W相同，兩光柵柵線的夾角 θ 很小，則有可明顯看出，莫爾條紋有位移放大作用，放大倍數(shù)為 1/θ
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