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光柵尺的工作原理

更新時(shí)間:2019-08-15   點(diǎn)擊次數(shù):4705次
   光柵尺的工作原理
 
  光柵尺的工作原理:莫爾條紋,以透射光柵為例,當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個(gè)小角度θ,并且兩個(gè)光柵尺刻面相對(duì)平行放置時(shí),在光源的照射下,位于幾乎垂直的柵紋上,形成明暗相間的條紋。這種條紋稱(chēng)為“莫爾條紋”(右圖所示)。嚴(yán)格地說(shuō),莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱(chēng)為莫爾條紋的寬度,以W表示。莫爾條紋W=ω/2*sin(θ/2)=ω/θ。
 
  光柵測(cè)量位移的實(shí)質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對(duì)位稱(chēng)量進(jìn)行測(cè)量。高分辨率的光柵尺一般造價(jià)較貴,且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率,需要對(duì)莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分,目前光柵尺傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí),在與光柵刻線大致垂直的方向上就會(huì)產(chǎn)生莫爾條紋,隨著光柵的移動(dòng),莫爾條紋也隨之上下移動(dòng)。這樣就把對(duì)光柵柵距的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)莫爾條紋個(gè)數(shù)的測(cè)量。
 
  在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi),按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能。例如,柵線為50線對(duì)/mm的光柵尺,其光柵柵距為0.02mm,若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)數(shù)脈沖,這在工業(yè)普通測(cè)控中已達(dá)到了很高精度。由于位移是一個(gè)矢量,即要檢測(cè)其大小,又要檢測(cè)其方向,因此至少需要兩路相位不同的光電信號(hào)。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波,通常采用由低漂移運(yùn)放構(gòu)成的差分放大器。由4個(gè)光敏器件獲得的4路光電信號(hào)分別送到2只差分放大器輸入端,從差分放大器輸出的兩路信號(hào)其相位差為π/2,為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖,需對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行整形,首先把它們整形為占空比為1:1的方波。然后,通過(guò)對(duì)方波的相位進(jìn)行判別比較,就可以等到光柵尺的移動(dòng)方向。通過(guò)對(duì)方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),可以等到光柵尺的位移和速度。
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