光栅传感器的辨向.ppt

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1、光栅数字传感器一、光栅的结构和分类1.光栅的结构光栅是在一块长条型（圆形）光学玻璃（或金属）上均匀刻上许多宽度相等的刻线，形成透光与不透光相间排列的光电器件。栅线——光栅上的刻线，宽度a缝隙宽度b栅距w=a+b（也称光栅常数）2、分类按原理和用途：物理光栅和计量光栅物理光栅：刻线细密,利用光的衍射现象,主要用于光谱分析和光波长等量的测量。计量光栅：主要利用莫尔现象实现长度、角度、速度、加速度、振动等几何量的测量。2、分类按光的走向：透射式（玻璃）和反射式（金属）透射式光栅：刻划基面采用玻璃材料反射式光栅：刻划基面采用金属材料按栅线形式：

2、黑白光栅（幅值光栅）和闪耀光栅（相位光栅）黑白光栅：利用照相复制工艺加工而成,其栅线与缝隙为黑白相间结构；相位光栅：横断面呈锯齿状,常用刻划工艺加工而成。2、分类按应用类型：长光栅和圆光栅长光栅：刻划在玻璃尺上的光栅，也称为光栅尺，刻线相互平行；用于测量长度或线位移构成：主光栅---标尺光栅，定光栅；指示光栅---动光栅长度---测量范围；刻线密度---测量精度(10、25、50、100、125线/mm)圆光栅：在圆盘玻璃上刻线，用来测量角度或角位移.2021/7/29栅距栅线宽度缝隙宽度栅距角2021/7/29圆光栅分类：根据栅线刻划

3、的方向，圆光栅分三种：径向光栅:其栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心；切向光栅:其全部栅线与一个和光栅盘同心的直径只有零点儿或几个毫米的小圆相切;环形光栅:一簇等间距同心圆组成.若按光线的走向，圆光栅只有透射光栅。2021/7/293.莫尔条纹1).莫尔条纹的形成如果把两块栅距W相等的光栅面平行安装，且指示光栅和主光栅的刻线相交一个微小的夹角θ时,光源照射光栅尺，由于挡光效应，两块光栅刻线的相交处形成暗带，而在刻线彼此错开处形成亮带。在与光栅线纹大致垂直的方向上,产生出亮暗相间的条纹,这些条纹称为“莫尔条纹”。f－f线区则是由于光栅的遮

4、光效应形成的。莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带，它由一系列四棱形图案组成，d－d线区所示。长光栅莫尔条纹主光栅指示光栅长光栅横向莫尔条纹2021/7/29横向莫尔条纹：由于两光栅的栅线夹角θ很小，条纹近似与栅线的方向垂直，故称为横向莫尔条纹。纵向莫尔条纹：当栅线的夹角θ＝0，且两光栅栅距不等时产生的莫尔条纹。光闸莫尔条纹：当栅线的夹角θ＝0,且两光栅栅距相等时产生的莫尔条纹。横向莫尔条纹光闸莫尔条纹纵向莫尔条纹2021/7/29当光栅每移动一个光栅栅距W时，莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度B。2)莫尔条纹的特征①、位移放大作用

5、2)莫尔条纹的特征①、位移放大作用相邻两条莫尔条纹间距B与栅距w及两光栅夹角θ的关系为：2021/7/29结论：θ越小,k越大，B越大。例如：θ=0.1°，W=0.02mm时θ=0.1°=0.1×2π/360=0.00175432rad则：B=11.4592mm。莫尔条纹间距放大了光栅间距，令k为放大系数，则：2021/7/29θ越小，B越大，这相当于把栅距W放大大了1/θ倍。例如θ=0.1°，则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度B是栅距W的573倍，这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用，从而提高了测量的灵敏度。②、运动对

6、应关系通过莫尔条纹的运动特性判别光栅的运动特性光栅移动一个栅距，莫尔条纹移动一个条纹间隔；光栅改变运动方向，莫尔条纹随之改变运动方向。当移动的刻线数i和角度θ一定时，莫尔条纹间距B与移动距离x成正比，即：③误差的平均效应光电元件对光栅的栅距误差具有平均消差作用。莫尔条纹由光栅的大量刻线形成,几条刻线的栅距误差或断裂对莫尔条纹的位置和形状影响甚微。能在很大程度上消除短周期误差的影响。莫尔条纹（Moire）条纹宽度：W-栅距，a-线宽，b-缝宽W=a+b，a=b=W/2特例：当=0,w1=w2→B=→光闸莫尔条纹当=0,w1≠w2→

7、纵向莫尔条纹均匀刻线主光栅指示光栅夹角明暗相间条纹莫尔条纹移动播放中……圆弧莫尔条纹单击准备演示播放动画莫尔条纹动画光闸莫尔条纹播放动画播放中……环形莫尔条纹播放动画播放中……单击准备演示单击准备演示辐射形莫尔条纹播放动画长光栅莫尔条纹播放动画长光栅光闸莫尔条纹播放动画(1)莫尔条纹的移动方向：当指示光栅不动，主光栅左右平移时，莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移动。查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光栅左右移动方向。(2)位移的放大作用：当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距B。当两个等距光栅的栅间夹角θ

8、较小时，主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹移动KW距离，K为莫尔条纹的放大系数：结论：莫尔条纹测位移具有三个特点条纹间距与栅距的关系为：当θ角较小时，例如θ=30′，则K=115，表明莫尔条纹的放大倍数相当大。