第三節(jié)光柵傳感器

一、光柵的類型和結(jié)構(gòu)

計量光柵可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類，均由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。計量光柵按形狀又可分為長光柵和圓光柵。

1第三節(jié)光柵傳感器一、光柵的類型和結(jié)構(gòu)計量光柵尺身尺身安裝孔反射式掃描頭（與移動部件固定）掃描頭安裝孔可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)防塵保護罩的內(nèi)部為長磁柵2尺身尺身安裝孔反射式掃描頭掃描頭（與移動部件固定）光柵尺可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)）3掃描頭（與移動部件固定）光柵尺可移動電纜光柵的外形及結(jié)構(gòu)（續(xù)反射式光柵4反射式光柵4透射式光柵5透射式光柵5透射式圓光柵固定6透射式圓光柵固定6莫爾條紋的光學(xué)放大作用

在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角θ。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。

光柵的刻線寬度W莫爾條紋的寬度LL≈W/θ，（θ為主光柵和指示光柵刻線的夾角，弧度）

7莫爾條紋的光學(xué)放大作用在透射式直線光柵中，把主光柵莫爾條紋演示8莫爾條紋演示8莫爾條紋光學(xué)放大作用舉例

有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，主光柵與指示光柵的夾角=1.8，則：分辨力=柵距W=1mm/50=0.02mm=20m（由于柵距很小，因此無法觀察光強的變化）莫爾條紋的寬度是柵距的32倍：L≈W/θ=0.02mm/（1.8*3.14/180）=0.02mm/0.0314=0.637mm由于較大，因此可以用小面積的光電池“觀察”莫爾條紋光強的變化。9莫爾條紋光學(xué)放大作用舉例有一直線光柵，每毫光柵的輸出信號（TTL）余弦信號（超前）正弦信號零位信號10光柵的輸出信號（TTL）余弦信號正弦信號零位信號10光柵輸出信號（電壓正弦波）細分點余弦信號正弦信號零位信號11光柵輸出信號（電壓正弦波）細分點余弦信號正弦信號零位信號11脈沖細分

細分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價格的情況下提高光柵的分辨力。細分前，光柵的分辨力只有一個柵距的大小。采用4細分技術(shù)后，計數(shù)脈沖的頻率提高了4倍，相當于原光柵的分辨力提高了3倍，測量步距是原來的1/4，較大地提高了測量精度。細分前細分后12脈沖細分細分技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價光柵細分舉例

有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，細分數(shù)為4細分，則：分辨力=W/4

=（1mm/50）/4=0.005mm=5m采用細分技術(shù)，在不增加光柵刻線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提高了3倍。13光柵細分舉例有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為5辨向電路及波形如果傳感器只安裝一套光電元件，則在實際應(yīng)用中，無論光柵作正向移動還是反向移動，光敏元件都產(chǎn)生相同的正弦信號，無法分辨位移的方向。例：某1024p/r圓光柵，正轉(zhuǎn)10圈，反轉(zhuǎn)4圈，若不采取辨向措施，則計數(shù)器將錯誤地得到14336個脈沖，而正確值為：(10－4)×1024＝6144個脈沖。14辨向電路及波形如果傳感器只安裝一套光電元件，則在正向運動產(chǎn)生

加法脈沖正向運動時，與門IC2無“減”計數(shù)脈沖輸出。15正向運動產(chǎn)生

加法脈沖正向運動時，與門IC2無“減為光柵設(shè)計的專用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器（光柵計數(shù)卡）內(nèi)部包含以下電路：放大、整形、細分、辨向、報警、阻抗變換等。16為光柵設(shè)計的專用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器（光柵計數(shù)卡）內(nèi)部為光柵設(shè)計

的專用信號

處理單元（光柵插補器）功能同上頁17為光柵設(shè)計

的專用信號

處理單元（光柵插補器）功能同光柵在機床上的安裝位置（2個自由度）18光柵在機床上的安裝位置（2個自由度）18光柵在機床上的安裝位置（3個自由度）數(shù)顯表19光柵在機床上的安裝位置（3個自由度）數(shù)顯表19光柵在機床上

的安裝位置

（3個自由度）（續(xù)）20光柵在機床上

的安裝位置

（3個自由度）（續(xù)）202自由度光柵數(shù)顯表X位移顯示Z（Y）位移顯示212自由度光柵數(shù)顯表X位移顯示Z（Y）位移顯示213自由度光柵數(shù)顯表223自由度光柵數(shù)顯表22光柵數(shù)顯表（續(xù)）三座標數(shù)顯表23光柵數(shù)顯表（續(xù)）三座標數(shù)顯表23SDS8-3E光柵數(shù)顯箱功能:公制/英制轉(zhuǎn)換

絕對/相對轉(zhuǎn)換

線性誤差補償

正反方向計算

歸零

插值補償

到達目標值停機

PCD圓周分孔

200組零位記憶

電蝕深度目標值顯示

實時工作位置顯示

掉電記憶24SDS8-3E光柵數(shù)顯箱功能:公制/英制轉(zhuǎn)換

絕對/相光柵數(shù)顯表（續(xù)）