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光栅传感器基本原理_光栅传感器应用场合
发布时间:2021-06-10   点击次数:155次

光栅传感器基本原理

 

光栅式传感器(optical graTIng transducer)指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线,刻线密度为 10100线/毫米。由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应,因而能提高测量精度。传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。标尺光栅相对于指示光栅移动时,便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。

 

这些条纹以光栅的相对运动速度移动,并直接照射到光电元件上,在它们的输出端得到一串电脉冲,通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出,直接显示被测的位移量。传感器的光路形式有两种:一种是透射式光栅,它的栅线刻在透明材料(如工业用白玻璃、光学玻璃等)上;另一种是反射式光栅,它的栅线刻在具有强反射的金属(不锈钢)或玻璃镀金属膜(铝膜)上。这种传感器的优点是量程大和精度高。光栅式传感器应用在程控、数控机床和三坐标测量机构中,可测量静、动态的直线位移和整圆角位移。在机械振动测量、变形测量等领域也有应用。

 

光栅传感器应用场合

 

光纤光栅传感器还在其他领域得到了应用,并且许多方面的性能都比传统的机电类传感器更稳定、更可靠、更准确。光纤光栅传感器可以用于应力、应变或温度等物理量的传感测量,具有较高的灵敏度和测量范围。在光纤若干个部位写入不同栅距的光纤光栅,就可以同时测定若干部位相应物理量及其变化,实现准分布式光纤传感。总之,光纤光栅传感器的应用是一个方兴未艾的领域,有着非常广阔的发展前景。

 

光栅传感器通常作为测量元件应用于机床定位、长度和角度的计量仪器中,并用于测量速度、加速度、振动等。

 

如图所示为光栅式万能测长仪的工作原理图。主光栅采用透射式黑白振幅光栅,光栅栅距W0.01μm,指示光栅采用四裂相光栅,照明光源采用红外发光二极管TIL-23,其发光光谱为930nml000nm,接收用LS600光电三极管,两光栅之间的间隙为0.02nm0.035mm,由于主光栅和指示光栅之间的透光和遮光效应,形成莫尔条纹,当两块光栅相对移动时,便可接收到周期性变化的光通量。利用四裂相指示光栅依次获得sincos-sin-cos四路原始信号,以满足辨向和消除共模电压的需要。

 光栅传感器基本原理_光栅传感器应用场合

图 光栅式万能测长仪的工作原理图

 

由光栅传感器获得的四路原始信号,经差分放大器放大、移相电路分相、整形电路整形、倍频电路细分、辨向电路辨向进入可逆计数器计数,由显示器显示读出。这是光栅式万能测长仪从光栅传感器输出信号后读出的整个逻辑,每步逻辑由相应的电路来完成,通常采用大规模集成电路来实现以上功能。

 

随着微机技术的不断发展,目前人们已研制出带微机的光栅数显装置。采用微机后,可使硬件数量大大减少,功能越来越强。

 

顾名思义,光电式传感器就是将光信号转化成电信号的一种器件,简称光电器件。要将光信号转化成电信号,必须经过两个步骤:一是先将非电量的变化转化成光量的变化;二是通过光电器件的作用,将光量的变化转化成电量的变化。这样就实现了将非电量的变化转化成电量的变化。由于光电器件的物理基础是光电效应,光电器件是有响应速度快、可靠性较高、精度高、非接触式、结构简单等特点,因此光电式传感器在现代测量与控制系统中,应用非常广泛。

 

 

 

 

 

 

 

 

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