光电传感与检测技术 教学课件 作者 江晓军 第7章　光栅传感与检测技术.pptx

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1、光电传感与检测技术第7章　光栅传感与检测技术7.1　光栅的工作原理7.2　常用光栅与选型7.3　光栅测量与应用7.1　光栅的工作原理(1)条纹放大位移(2)误差的平均效应(3)光栅信号与位移的对应关系(4)信号波形的正弦性(5)共模漂移(6)反差7.1　光栅的工作原理图7-1　光栅及横向莫尔条纹的形成a)长光栅的结构　b)横向莫尔条纹的形成7.1　光栅的工作原理7.1　光栅的工作原理图7-2　纵向莫尔条纹的形成7.1　光栅的工作原理(1)条纹放大位移两块光栅以微小角度q叠合时得到横向莫尔条纹，这种莫尔条纹是位移测量的基准

2、。由于条纹被放大1θ倍，因此可以说，光栅副起到一个高质量的可调前置放大器的作用。它能将微小位移变化合理放大，获得信噪比很大的稳定输出。由于条纹宽度比光栅节距放大几百倍，所以有可能在一个条纹间隔内安放细分读数装置以进行细分。(2)误差的平均效应(3)光栅信号与位移的对应关系光栅副中任一光栅沿横向移动时，莫尔条纹就沿垂直方向移动，而且移过的条纹数与栅距是一一对应的。由于光栅移动一个栅距，莫尔条纹就移动一个条纹宽度，因此，测出了莫尔条纹移动的数目，也就知道了光栅移动的距离。这种严格的线性关系就是用莫尔条纹进行长度与角度测量的原

3、理。(4)信号波形的正弦性图7-3　莫尔条纹信号的正弦性(5)共模漂移图7-4　接收到的信号a)A处接收到的信号　b)B处接收到的信号c)C处接收到的信号　d)D处接收到的信号(6)反差7.2　常用光栅与选型图7-5　四场成像光电扫描的原理7.2　常用光栅与选型图7-6　钢带标尺光栅的测量原理7.2　常用光栅与选型图7-7　单场扫描的原理7.3　光栅测量与应用7.3.1　基于零位光栅传感器的线位移测量系统设计7.3.2　基于增量式旋转编码器的角度测量系统设计7.3　光栅测量与应用图7-8　光栅传感器的构成图7.3.1　基

4、于零位光栅传感器的线位移测量系统设计1.线位移测量原理与元器件选型2.线位移测量系统硬件设计3.线位移测量系统的测量误差修正4.线位移测量系统软件设计1.线位移测量原理与元器件选型1.线位移测量原理与元器件选型图7-9　电阻链对信号进行相移的原理1.线位移测量原理与元器件选型1.线位移测量原理与元器件选型表7-1　电阻之间的比值与移相值的关系1.线位移测量原理与元器件选型图7-10　ϕ300mm光学测量投影仪的外观1.线位移测量原理与元器件选型图7-11　线位移光栅传感器2.线位移测量系统硬件设计(1)系统结构设计(2)

5、信号细分电路的设计(3)辨向电路的设计(4)信号计数电路的设计(5)微处理器电路的设计(6)LED显示电路的设计(1)系统结构设计图7-12　线位移测量系统的结构(2)信号细分电路的设计图7-13　信号细分电路原理图(3)辨向电路的设计图7-14　对工作台移动进行辨向的单元结构(4)信号计数电路的设计图7-15　信号计数电路结构(5)微处理器电路的设计图7-16　微处理器电路结构(5)微处理器电路的设计图7-17　通信单元的原理图(6)LED显示电路的设计图7-18　LED显示电路的原理图(6)LED显示电路的设计图7-

6、19　LED数码管显示驱动电路的原理图(6)LED显示电路的设计图7-20　LED数码管显示驱动电路部分PCB制版图(6)LED显示电路的设计图7-21　LED显示驱动板3.线位移测量系统的测量误差修正(1)误差分析(2)光栅误差(3)光栅间隙及夹角变化产生的误差(4)相位误差(5)阿贝误差(6)测量误差的修正(1)误差分析(1)误差分析(1)误差分析(2)光栅误差(2)光栅误差(3)光栅间隙及夹角变化产生的误差(4)相位误差(4)相位误差(5)阿贝误差(6)测量误差的修正4.线位移测量系统软件设计(1)程序流程及开发平

7、台(2)软件的编写(1)程序流程及开发平台图7-22　微处理器程序流程图a)主程序流程　b)中断子程序流程(1)程序流程及开发平台图7-23　线位移测量系统的编程界面(2)软件的编写软件设计的过程就是设计一个个程序模块，然后分别对它们进行编译和调试，调试通过后再将这些程序模块一起编译并调试。主程序中的部分程序放在电子课件中。7.3.2　基于增量式旋转编码器的角度测量系统设计1.角度测量原理与元件选型2.角度测量系统硬件设计3.角度测量系统的测量误差修正4.角度测量系统软件设计1.角度测量原理与元件选型图7-24　增量式旋

8、转编码器的基本构成1.角度测量原理与元件选型图7-25　增量式旋转编码器输出a、b两路信号的示意图1.角度测量原理与元件选型2.角度测量系统硬件设计(1)系统整体设计(2)辨向电路设计(3)信号计数电路设计(4)按键驱动电路设计(1)系统整体设计图7-26　增量式旋转编码器的外观(1)系统整体设计图7-27　角度测量