[物理课件] 光电式传感器-3.ppt

第六节 光栅式传感器光栅技术出现100年了，利用光栅技术进 行长度和角度的测量，应用于计量和控制 中，已相当普遍利用光栅的莫尔条纹现象进行精密测量的 光栅称为计量光栅以区别于其它光栅概述1.概念：在玻璃或玻璃盘上类似于刻线标尺或度盘那 样，进行长刻度（一般为10~20mm）的密集刻线 ，得到黑白相间间隔细小的条纹，没有刻线的地方 透光（或反光），刻线的发黑处不透光（或不反光 ），形成所谓栅条纹，称为光栅 2.特点： 1）输出天然的数字量； 2）高精度，长：0.5~3m/1500mm,圆：0.1~0.2 ； 测长仅次于激光干涉传感器，测角和圆分度精度最 高； 3）既可作到很高的分辨率，又可作到大量程；长： 分辨率0.1m和量程0.5~1m，圆：分辨率0.1 ；4）较强的抗干扰能力； 5）信号处理电路简便容易； 6）惯性小，动态响应好 缺点： 1）对环境条件敏感； 2）成本高 3.应用：几何量测量(工具显微镜、三坐标测量机、分 度头和一些位移量动态测量仪器)、高精度机 床和数控机床、测量振动、速度、应力、应 变等机械量测量一、基本工作原理和计量光栅的种类 （一）基本工作原理光栅上的刻线称为栅线，栅线的宽度为a，缝隙宽 度为b，而a+b=W为光栅的栅距（或光栅常数或 光栅节距）。

一般a=b圆光栅的参数使用栅距角（也称节距角），它是 指圆光栅上相邻两条栅线所夹的角利用光栅的莫尔条纹现象进行测量光栅副由标尺光栅（也称主光栅）和 指示光栅组成光栅传感器构成原理 相距B/4放置四个光电元件 光电元件聚光镜准直透镜灯泡钢尺玻璃分划板（二）计量光栅的种类 1.按光线走向分类： 1）透射光栅：栅线刻制在透明材料上，常用 光学玻璃或制版玻璃 2）反射光栅：栅线刻制在有强反射能力的金 属上或玻璃镀金属膜上2.按光栅栅线型式分：1）黑白光栅（振幅光栅）： 对入射光波的振幅或光强进行调制的光栅 栅线密度为20~125线/mm 栅线密度：每毫米长度内的栅线数 2）闪耀光栅（相位光栅或衍射光栅）： 对入射光波的相位进行调制的光栅 栅线密度为100~2800线/mm线宽0.4~7m) ww3.按光栅形状和用途分类：1）长光栅（光栅尺）：主要用于长度测量 栅线密度有25，50，100，250线/mm， 有透射，也有反射，有黑白，也有相位2）圆光栅（光栅盘）：主要用于测角度 有径向光栅、切向光栅、(环形光栅) 圆光栅只有透射光栅 a、b的栅线数一般在整圆内刻划 5400~64800条线计量光栅的分类图：反射式光栅透射式光栅透射式圆光栅二、莫尔条纹 （一）莫尔条纹的几何光学原理： 对于栅距较大的黑白光栅，莫尔条纹的形成可以 近似地看成是两块光栅栅线相互挡光的结果。

1.求莫尔条纹与横轴的夹角（斜率） (W2

当W1=W2=W，则有横向莫尔条纹：W1=W2  W1=W2 -  （2）光闸莫尔条纹当W1=W2=W，且=0°时，由 可知，莫尔条纹的宽度趋于无穷大，两光栅相 对移动时，对入射光就像闸门一样时开时闭， 故称为光闸莫尔条纹两光栅相对移过一个栅 距，视场上的亮度明暗变化一次光闸莫尔条纹：W1=W2 =0°纵向莫尔条纹：W1W2 =0° （3）纵向莫尔条纹当W1W2， =0°时，（4）斜向莫尔条纹当W1W2， 0°时，* 莫尔条纹倍增法：斜向莫尔条纹：W2

环形光栅形成的辐射莫尔条纹三、光栅式传感器的举例光栅在机床上的安装位置数显表防护罩内为直线光栅光栅扫描头切削刀具安装有直线光栅的数控机床加工实况 采用双光栅调制光强的光纤位移传感器光纤位移传感器采用单模光 纤可提高灵敏度，但其机械 精度要求很高 若加入栅状条格，则灵敏度 将成倍提高Thanks！ Bye!。