光电传感与检测第七章概览.ppt

* * 光栅传感与检测技术 在玻璃（或金属）上进行刻划，可得到一系列密集刻线，这种具有周期性的刻线分布的光学元件称为光栅。从理论上讲，平行等宽而又等间隔的多狭缝就可视为光栅，任何装置只要能起到等间隔地分割波阵面都可以称作光栅。 长度或直线位移的测量, 测量角度或角位移 1、光栅的种类和特点 透射光栅的特点 光源可以采用垂直入射光，光电元件能够直接接受，因此信号幅值比较大，信噪比好，光电转换器结构简单，常用的光栅可做到每毫米100条线，再经过电路细分，可以做到微米级的分辨率。 金属反射光栅的特点 金属反射光栅的线膨胀系数很容易做到与机床用的普通钢或铸铁一致，接长方便。 长光栅有时也称为光栅尺 刻划在玻璃圆盘上的光栅称为圆光栅 光栅位移传感器 开放式 封闭式 2、光栅工作原理 莫尔条纹：如果将指示光栅在其自身的平面内转过一个很小的角度θ，由于光的衍射作用，就会产生明暗交替的干涉条纹。 叠合 主光栅 指示光栅 夹角 明暗相间条纹 移动 莫尔条纹 莫尔条纹的特点： 信息变换 当标尺光栅对应于指示光栅沿着与刻线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹也移动，若光栅移动一个栅距t，莫尔条纹正好移动一个宽度T。若光栅向相反方向移动，条纹也向相反方向移动。 放大作用 莫尔条纹间距W及光栅间的夹角θ有如下关系： 误差的平均效应 光栅信号与位移的对应关系 信号波形的正弦性 光栅传感器的构成图 驱 动 电 路 光源 透镜 标尺光栅 光敏元件 指示光栅 提高光栅位移测量系统的精度 : 采用高精度的光栅传感器 采用中等精度的光栅传感器，通过细分技术提高光栅数显装置的细分数 采用误差修正 光栅测量系统 基于零位光栅传感器的线位移测量系统设计 硬件设计 线位移测量系统的结构 X向导轨系统 Y向导轨系统 X-Y 工作台 光栅传感器A 光栅传感器B 信号细分电路 辨向电路 信号计数电路 微处理器电路 LED显示电路 信号细分电路原理图 滤波 相移 比较 组合 正弦波信号 两路正交方波 四倍频 脉冲信号 对工作台移动进行辨向的单元结构 D触发器 与非门 XCP+ XCP- X2CP- X2CP+ 微处理器电路结构 UB1 UB2 UB3 UB4 UB5 UB6 微处理器 存储器 通讯单元 UT1 ~ UT5 UT6 ~ UT10 通讯单元 LED显示电路的原理 　微处理器程序流程图 a） 主程序流程 b）中断子程序流程 进入中断子程序 查询按下的键值 调相应的应用子程序 退出中断 保护现场 恢复现场 初始化 采集、存储位移数据 查询测量状态字 标志位= 1 应用子程序 开始 修正参数输入态 测量状态 LED进行数据显示 yes no a) b) 软件设计