机械量的测量教学PPT课件.ppt

* * 光电特性 0 光照 光电流 光敏 三极管 光敏 二极管 3000lx 4mA 请判断灵敏度的高低 0.3mA 请计算当E=100lx时，光敏二极管的光电流IΦ IΦ E * * 光敏晶闸管 光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极a、阴极k和门极g 。它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。当有一定照度的光信号通过玻璃窗口照射到正向阻断的PN结上时，将产生门极电流，从而使光敏晶闸管从阻断状态变为导通状态。导通后，即使光照消失，光敏晶闸管仍维持导通。要切断已触发导通的光敏晶闸管，必须使阳极与阴极的电压反向，或使负载电流小于其维持电流。光敏晶闸管的特点是：导通电流比光敏三极管大得多，工作电压有的可达数百伏，因此输出功率大，可用于工业自动检测控制。 * * 光敏晶闸管外形 光敏面 * * 基于光生伏特效应的光电元件 ——光电池 在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对光生电子—空穴对， 光生电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。 * * 光电池外形 光敏面 * * 能提供较大电流的大面积光电池外形 * * 2. 光栅传感器特点 ①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″ ②量程大：透射式---光栅尺长（<1米），反射式--->几十米 ③响应快：可用于动态测量 ④增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动精度 ⑥成本高：电路复杂 * * 3. 光栅传感器结构 1 – 主光栅尺（定光栅） 2 – 指示光栅（动光栅） 3 – 光电元件 4 – 透镜 5 – 光源 透射式结构： 反射式结构： 光源 → 指示光栅 → 透射 → 主光栅 →光电元件 光源 →主光栅 → 反射 →指示光栅 →光电元件 * * 4. 代表性产品： 德国Heidenhain（海德汉）： 封闭式：量程3000mm，分辨力0.1 ?m 开放式：量程1440mm，分辨力0.01?m 开放式：量程270mm 分辨力1nm 三、光栅传感器 * * 英国Renishaw（雷尼绍）： 量程：任意 分辨力： 0.1 ?m 0.01 ?m 中国长春光机所： 量 程：1000mm 分辨力：0.01 ?m 精 度：2 ?m 三、光栅传感器 * * 四、角度及角位移检测（补充） 1、绝对码光电编码器 原理：平行光源→码盘→ 光电元件→电信号输出 码盘：光学玻璃，透光/不透光→ 照相腐蚀 要求：分度准确（工艺）、明暗交替边缘陡峭（工艺、材质） 光源：LED → 光学系统 → 平行光 → 投影精确 光电元件：硅光电池，光电晶体管 滞后 → 响应速度 码道：位数→每个码道对应一个光电元件→分辨率 角度分辨率：α=360o/2n n-码道数（位数） 组成：光源、码盘、光电元件 增加码道、增大码盘尺寸 → 有限 提高精度 光学细分 → 附加码道 * * 测量电路： 编码码制： 十进制码 --- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二进制码 --- 0000 0001 0010 0011 0100 格 雷 码---循环码：相邻两数只有一位不同 每次只有一位变化→转换 放大 → 足够电平 ，驱动 整形 → 接近理想方波 细分 → 提高分辨率（光学+电路） 多位码同时动作→同步误差→错码 读数直观，不易电路处理 直观，易于后续电路和计算机处理 四、角度及角位移检测（补充） * * 角度 位置 二进制码 十进制码 格雷码 0.0 22.5 45.0 67.5 90.0 112.5 135.0 157.5 180.0 202.5 225.0 247.5 270.0 292.5 315.0 337.5 A B C D E F G H I J K L M N O p 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101