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光柵傳感器基本原理_光柵傳感器應用場合

2021-6-10  閱讀(1767)

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光柵傳感器基本原理

 

光柵式傳感器(optical graTIng transducer)指采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。光柵是在一塊長條形的光學玻璃上密集等間距平行的刻線,刻線密度為 10100/毫米。由光柵形成的疊柵條紋具有光學放大作用和誤差平均效應,因而能提高測量精度。傳感器由標尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和測量系統(tǒng)四部分組成。標尺光柵相對于指示光柵移動時,便形成大致按正弦規(guī)律分布的明暗相間的疊柵條紋。

 

這些條紋以光柵的相對運動速度移動,并直接照射到光電元件上,在它們的輸出端得到一串電脈沖,通過放大、整形、辨向和計數(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)字信號輸出,直接顯示被測的位移量。傳感器的光路形式有兩種:一種是透射式光柵,它的柵線刻在透明材料(如工業(yè)用白玻璃、光學玻璃等)上;另一種是反射式光柵,它的柵線刻在具有強反射的金屬(不銹鋼)或玻璃鍍金屬膜(鋁膜)上。這種傳感器的優(yōu)點是量程大和精度高。光柵式傳感器應用在程控、數(shù)控機床和三坐標測量機構(gòu)中,可測量靜、動態(tài)的直線位移和整圓角位移。在機械振動測量、變形測量等領(lǐng)域也有應用。

 

光柵傳感器應用場合

 

光纖光柵傳感器還在其他領(lǐng)域得到了應用,并且許多方面的性能都比傳統(tǒng)的機電類傳感器更穩(wěn)定、更可靠、更準確。光纖光柵傳感器可以用于應力、應變或溫度等物理量的傳感測量,具有較高的靈敏度和測量范圍。在光纖若干個部位寫入不同柵距的光纖光柵,就可以同時測定若干部位相應物理量及其變化,實現(xiàn)準分布式光纖傳感。總之,光纖光柵傳感器的應用是一個方興未艾的領(lǐng)域,有著非常廣闊的發(fā)展前景。

 

光柵傳感器通常作為測量元件應用于機床定位、長度和角度的計量儀器中,并用于測量速度、加速度、振動等。

 

如圖所示為光柵式萬能測長儀的工作原理圖。主光柵采用透射式黑白振幅光柵,光柵柵距W0.01μm,指示光柵采用四裂相光柵,照明光源采用紅外發(fā)光二極管TIL-23,其發(fā)光光譜為930nml000nm,接收用LS600光電三極管,兩光柵之間的間隙為0.02nm0.035mm,由于主光柵和指示光柵之間的透光和遮光效應,形成莫爾條紋,當兩塊光柵相對移動時,便可接收到周期性變化的光通量。利用四裂相指示光柵依次獲得sin?cos?、-sin?-cos?四路原始信號,以滿足辨向和消除共模電壓的需要。

 光柵傳感器基本原理_光柵傳感器應用場合

圖 光柵式萬能測長儀的工作原理圖

 

由光柵傳感器獲得的四路原始信號,經(jīng)差分放大器放大、移相電路分相、整形電路整形、倍頻電路細分、辨向電路辨向進入可逆計數(shù)器計數(shù),由顯示器顯示讀出。這是光柵式萬能測長儀從光柵傳感器輸出信號后讀出的整個邏輯,每步邏輯由相應的電路來完成,通常采用大規(guī)模集成電路來實現(xiàn)以上功能。

 

隨著微機技術(shù)的不斷發(fā)展,目前人們已研制出帶微機的光柵數(shù)顯裝置。采用微機后,可使硬件數(shù)量大大減少,功能越來越強。

 

顧名思義,光電式傳感器就是將光信號轉(zhuǎn)化成電信號的一種器件,簡稱光電器件。要將光信號轉(zhuǎn)化成電信號,必須經(jīng)過兩個步驟:一是先將非電量的變化轉(zhuǎn)化成光量的變化;二是通過光電器件的作用,將光量的變化轉(zhuǎn)化成電量的變化。這樣就實現(xiàn)了將非電量的變化轉(zhuǎn)化成電量的變化。由于光電器件的物理基礎(chǔ)是光電效應,光電器件是有響應速度快、可靠性較高、精度高、非接觸式、結(jié)構(gòu)簡單等特點,因此光電式傳感器在現(xiàn)代測量與控制系統(tǒng)中,應用非常廣泛。

 

 

 

 

 

 

 

 

(來源:網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者)

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