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光栅尺位移传感器的检测和数据处理方法

点击次数:650发布时间:2018-02-08
   光栅尺位移传感器的检测和数据处理方法
  光栅尺位移传感器作为一种测量位移的传感器,经常要对其进行检测,才能确保测量的准确性,那么光栅尺位移传感器的数据处理方法是什么呢?
  之前给大家介绍光栅尺位移传感器的工作原理的时候,我们知道了莫尔条纹,下面先来给大家说一下莫尔条纹的特征吧,能够帮助大家了解光栅尺位移传感器。
  (1)莫尔条纹的变化规律
  两片光栅相对移过一个栅距,莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用,莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数,变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。
  (2)放大作用
  在两光栅栅线夹角较小的情况下,莫尔条纹宽度ω和光栅栅距W、栅线角θ之间有下列关系。式中,θ的单位为rad,W的单位为mm。由于倾角很小,sinθ很小,则
  W=ω /θ若ω =0.01mm,θ=0.01rad,则上式可得W=1,即光栅放大了100倍。
  (3)均化误差作用
  莫尔条纹是由若干光栅条纹共用形成,例如每毫米100线的光栅,10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹,这样栅距之间的相邻误差就被平均化了,消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。
  光栅尺位移传感器的检测
  光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。高分辨率的光栅尺一般造价较贵,且制造困难。为了提高系统分辨率,需要对莫尔条纹进行细分,光栅尺传感器系统多采用电子细分方法。
  当两块光栅以微小倾角重叠时,在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹,随着光栅的移动,莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量。
  光栅尺位移传感器的数据处理方法
  在一个莫尔条纹宽度内,按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如,栅线为50线对/mm的光栅尺,其光栅栅距为0.02mm,若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲,这在工业普通测控中已达到了很高精度。
  由于位移是一个矢量,即要检测其大小,又要检测其方向,因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波,通常采用由低漂移运放构成的差分放大器。
  由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端,从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2,为得到判向和计数脉冲,需对这两路信号进行整形,首先把它们整形为占空比为1:1的方波。
  通过对方波的相位进行判别比较,就可以等到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数,可以等到光栅尺的位移和速度。
  以上就是光栅尺位移传感器的检测和数据处理方法的介绍,大家在操作过程中可以对具体的过程进行分析总结。


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