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光柵尺的工作原理

更新時間:2019-08-15   點擊次數(shù):4782次
   光柵尺的工作原理
 
  光柵尺的工作原理:莫爾條紋,以透射光柵為例,當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ,并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時,在光源的照射下,位于幾乎垂直的柵紋上,形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋”(右圖所示)。嚴(yán)格地說,莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度,以W表示。莫爾條紋W=ω/2*sin(θ/2)=ω/θ。
 
  光柵測量位移的實質(zhì)是以光柵柵距為一把標(biāo)準(zhǔn)尺子對位稱量進(jìn)行測量。高分辨率的光柵尺一般造價較貴,且制造困難。為了提高系統(tǒng)分辨率,需要對莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分,目前光柵尺傳感器系統(tǒng)多采用電子細(xì)分方法。當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時,在與光柵刻線大致垂直的方向上就會產(chǎn)生莫爾條紋,隨著光柵的移動,莫爾條紋也隨之上下移動。這樣就把對光柵柵距的測量轉(zhuǎn)換為對莫爾條紋個數(shù)的測量。
 
  在一個莫爾條紋寬度內(nèi),按照一定間隔放置4個光電器件就能實現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能。例如,柵線為50線對/mm的光柵尺,其光柵柵距為0.02mm,若采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計數(shù)脈沖,這在工業(yè)普通測控中已達(dá)到了很高精度。由于位移是一個矢量,即要檢測其大小,又要檢測其方向,因此至少需要兩路相位不同的光電信號。為了消除共模干擾、直流分量和偶次諧波,通常采用由低漂移運放構(gòu)成的差分放大器。由4個光敏器件獲得的4路光電信號分別送到2只差分放大器輸入端,從差分放大器輸出的兩路信號其相位差為π/2,為得到判向和計數(shù)脈沖,需對這兩路信號進(jìn)行整形,首先把它們整形為占空比為1:1的方波。然后,通過對方波的相位進(jìn)行判別比較,就可以等到光柵尺的移動方向。通過對方波脈沖進(jìn)行計數(shù),可以等到光柵尺的位移和速度。
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