1、第第六六章章 NUAA26.8 光柵傳感器光柵傳感器NUAA36.8 光柵傳感器光柵傳感器 由幾何光學(xué)理論可以得到長(zhǎng)光柵莫爾條紋的斜率為由幾何光學(xué)理論可以得到長(zhǎng)光柵莫爾條紋的斜率為:tan)cos1 (tan12cWW各條紋的間距為各條紋的間距為:cos2)(cossin2122212121222WWWWWWWWWB其中其中,W1-主光柵的光柵常數(shù)主光柵的光柵常數(shù); W2-指示指示光柵的光柵常數(shù)；光柵的光柵常數(shù)； -兩光柵柵線的夾角。兩光柵柵線的夾角。NUAA46.8 光柵傳感器光柵傳感器v莫爾條紋的特征（1）莫爾條紋的變化規(guī)律）莫爾條紋的變化規(guī)律兩片光柵相對(duì)移過一個(gè)柵距，莫爾條紋移過一個(gè)條紋

2、間距。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相對(duì)移過的柵距數(shù)同步。（2）放大作用）放大作用 若兩光柵的光柵常數(shù)相等，都為p，由于值很小，莫爾條紋間距 ，明顯可看出莫爾條紋有放大作用，放大倍數(shù)為 。例如 p = 0.01mm, = 0.01rad, 得B =1mm, 放大100倍。/)2sin2/(ppB/1/pBK（3）均化柵距誤差作用）均化柵距誤差作用NUAA56.8 光柵傳感器光柵傳感器 a b c d eNUAA66.8 光柵傳感器光柵傳感器v圓光柵NUAA76.8 光柵傳感器光柵傳感器v辨向原理B1/4BY1Y2微分微分微分微分u1u2光敏元件

3、光敏元件莫爾條紋莫爾條紋指示柵指示柵NUAA86.8 光柵傳感器光柵傳感器v細(xì)分技術(shù) 細(xì)分技術(shù)是應(yīng)用數(shù)字傳感器時(shí)常用的一種技術(shù)，其目的是提高測(cè)量的分辨率和準(zhǔn)確度。 各種數(shù)字傳感器的輸出均為脈沖，每個(gè)脈沖間隔相當(dāng)于一定的被測(cè)量，稱為脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量即為該傳感器的分辨率。所謂細(xì)分，就是在原信號(hào)的一個(gè)脈沖間隔內(nèi)，均分出n個(gè)脈沖間隔，使脈沖當(dāng)量減小至原來的1n ，將分辨率提高n倍。也即計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高n倍，故也稱為n倍頻。 常用的方法有：直接倍頻、位置細(xì)分、電橋細(xì)分、鑒幅細(xì)分和微機(jī)細(xì)分等。NUAA9細(xì)分技術(shù)位置細(xì)分基本原理是在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)安放兩個(gè)以上檢測(cè)元件。6.8 光柵傳感器光柵傳感器NUAA

4、10細(xì)分技術(shù)位置細(xì)分加計(jì)數(shù)脈沖 Q ,減計(jì)數(shù)脈沖 Q 和主計(jì)數(shù)脈沖 Q 的計(jì)算6.8 光柵傳感器光柵傳感器NUAA11細(xì)分技術(shù)電橋細(xì)分)sin()1 11( 22LmiRRRRRRRuu6.8 光柵傳感器光柵傳感器NUAA12細(xì)分技術(shù)鑒幅細(xì)分鑒幅細(xì)分是利用基準(zhǔn)信號(hào)在不同鑒幅細(xì)分是利用基準(zhǔn)信號(hào)在不同細(xì)分點(diǎn)的不同幅值來進(jìn)行細(xì)分。細(xì)分點(diǎn)的不同幅值來進(jìn)行細(xì)分。6.8 光柵傳感器光柵傳感器NUAA13細(xì)分技術(shù)微機(jī)細(xì)分辨向電路辨向電路6.8 光柵傳感器光柵傳感器NUAA146.9 光纖傳感器光纖傳感器v光纖結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)光示意圖n1 n2NUAA156.9 光纖傳感器光纖傳感器v數(shù)值孔徑NAnnc2221si

5、nNUAA166.9 光纖傳感器光纖傳感器v根據(jù)光纖在傳感器中的作用，光纖傳感器可以分為功能型光纖傳感器、非功能型、（傳光型）光纖傳感器和拾光型光纖傳感器三類。NUAA176.9 光纖傳感器光纖傳感器v功能型傳感器利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器，它不僅起傳輸光波的作用，還起著敏感元件的作用。光源光源光敏元件光敏元件被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象測(cè)得信息測(cè)得信息光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維NUAA186.9 光纖傳感器光纖傳感器v傳光型傳感器光纖僅僅起傳光媒介的作用，在光纖中斷部的端面加裝其它敏感元件構(gòu)成傳感器。光源光源光敏元件光敏元件被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象測(cè)得信息測(cè)得信息光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維敏感元件敏感元件NUAA

6、196.9 光纖傳感器光纖傳感器v傳光型光纖位移傳感器原理圖光纖傳感器（光纖傳感器（BF3 系列）上海閏安系列）上海閏安NUAA206.9 光纖傳感器光纖傳感器v反射式光纖位移傳感器原理圖ABCDZOUNUAA216.9 光纖傳感器光纖傳感器v測(cè)量位移的邁克爾遜干涉儀NUAA22 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問題。的問題。 1 1、靈敏度、靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。確定靈敏度

7、時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干擾問題； b)b)量程范圍；量程范圍； c)c)交叉靈敏度問題。交叉靈敏度問題。傳感器選用原則傳感器選用原則 NUAA232 2 響應(yīng)特性響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。保持不失真的測(cè)量條件。 實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。 3 3 線性范圍線性范圍 任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸

8、出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。 傳感器選用原則傳感器選用原則 NUAA244 4 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后，穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。5 5 精確度精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。 傳感器選用原則傳感器選用原則 6 6 測(cè)量方式測(cè)量方式 傳感器工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考傳感器工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測(cè)量、破慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測(cè)量、破壞與非破壞性測(cè)量、在線與非在線測(cè)量等。壞與非破壞性測(cè)量、在線與非在線測(cè)量等。NUAA25課堂練習(xí)課堂練習(xí) 有一圓板電容傳感器，直