(工程測試與信號處(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量總電容為 Cx=C1+C2，作為一個橋臂， Cx與固定電容 C0、變壓器 T的次級 L1和 L2構(gòu)成電橋，音頻信號經(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，電容的增量一個增加一個減少，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撔盘栕兓D(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)放大、整流等處理電路后，輸出的直流信號指示厚度變化值 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：(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量方面，長光柵測量精度僅低于激光干涉?zhèn)鞲衅?；圓分度和角位移測量方面，圓光柵測量精度最高。一般長光柵測量精度達 (～ 3)/3000mm ，分辨力達 ，圓光柵測量精度達 ″ ，分辨力達 ″ 。(2) 可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)測量及數(shù)據(jù)處理的自動化。(3) 具有較強的抗干擾能力，適合一般實驗室條件和環(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，在測量振動、速度、應(yīng)力、應(yīng)變等機械測量中也常有應(yīng)用。 一、 計量光柵的種類 利用光柵的莫爾條紋 (Moire patterns)現(xiàn)象進行精密測量的光柵稱為計量光柵。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 。黑白光柵是指只對入射光波的振幅或光強進行調(diào)制的光柵，所以又稱振幅光柵。閃耀光柵是對入射光波的相位進行調(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) 運動對應(yīng)關(guān)系 莫爾條紋的移動量與移動方向與兩光柵的相對位移量和位移方向有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)主光柵向右運動一個柵距 W1時，莫爾條紋向下移動一個條紋間距 B ；如果主光柵向左運動，則莫爾條紋向上移動。所以，光柵傳感器在測量時，可以根據(jù)莫爾條紋的移動量和移動方向，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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