光栅位移传感器

光栅位移传感器的应用


光栅位移传感器：
测量精度高（分辨率为0.1μm），


动态测量范围广（0～1000mm），
可进行无接触测量，


容易实现系统的自动化和数字化。
在机械工业中得到了广泛的应用，特别是 在量具、数控机床的闭环反馈控制、工作母 机的坐标测量等方面。

请问莫尔莫尔条纹测位移具有哪三个特点？
图7-7
光栅结构放大图

如果把两块栅距W相等的光栅面平行安装， 且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ时，这时 光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种 条纹称莫尔条纹。如图7-8所示。 莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成 的亮带，它由一系列四棱形图案组成，如图 7-8中d－d线区所示。 图7-8中f－f线区则是由于光栅的遮光效应形 成的。


图7-8 莫尔条纹
长光栅莫尔条纹 指示光栅 主光栅
位移的放大作用
当光栅每移动一个光栅栅距W时， 莫尔条纹也跟着移动一个条纹
宽度BH。莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为
W 2
BH
W 2 sin


W
B

BH
C A
BH
2
θ越小，BH越大，这相当于把栅距W 放 大 大 了 1/θ 倍 。 例 如 θ=0.1° ， 则 1/θ≈573，即莫尔条纹宽度BH 是栅距W
1

特例：当 =0, w1=w2 → B= → 光闸莫尔条纹 当 =0, w1≠w2 → 纵向莫尔条纹
莫尔条纹动画
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圆弧莫尔条纹
光闸莫尔条纹
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环形莫尔条纹
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辐射形莫尔条纹
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长光栅莫尔条纹
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长光栅光闸莫尔条纹
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结论：莫尔条纹测位移具有三个特点
(1) 莫尔条纹的移动方向：当指示光栅不动，主光栅左 右平移时，莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移 动。查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光 栅左右移动方向。
(2) 位移的放大作用：当主光栅沿与刻线垂直方向移动 一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距B。当两 个等距光栅的栅间夹角θ较小时，主光栅移动一个栅 距W，莫尔条纹移动KW距离，K为莫尔条纹的放大 系数：
光栅位Biblioteka Baidu传感器
光栅尺位移传感器
GWC系列光栅位移传感器
长光栅 --- 直线位移；圆光栅 --- 角位移
长度 --- 测量范围；刻线密度 --- 测量精度 ( 10、25、50、100、125线/mm )
光栅位移传感器的结构及工作原理
如图7-9所示，由主光栅、指示光栅、光源 和光电器件等组成。 主光栅固定在被测物体上，它随被测物体的 直线位移而产生移动，其长度取决于测量范 围，指示光栅相对于光电元件固定。当主光 栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移。 用光电器件记录莫尔条纹通过某点的数目， 便可知主光栅移动的距离，也就测得了被测 物体的位移量。
主光栅
U
其电压为：
o W/2 W 3W/2 2W
Um
U0
2x U U 0 Um sin W
x
光栅位移传感器的结构原理图
莫尔条纹 由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器 件称为光栅，如图7-7所示。 用玻璃制成的光栅称为透射光栅，它是在透 明玻璃上刻出大量等宽等间距的平行刻痕， 每条刻痕处是不透光的，而两刻痕之间是透 光的。光栅的刻痕密度一般为每厘米10、25、 50、100线。刻痕之间的距离为栅距W。
的573倍， 这相当于把栅距放大了573倍，
说明光栅具有位移放大作用， 从而提高 了测量的灵敏度。
莫尔条纹（Moire）
主光栅 指示光栅
均匀刻线
夹角
移动
明暗相间条纹
莫尔条纹
W W 条纹宽度： B 2 sin( / 2)
W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2
k
K B /W 1

条纹间距与栅距的关系为 ：
B W

当θ角较小时，例如θ=30′，则K=115，表明 莫尔条纹的放大倍数相当大。
这样，可把肉眼看不见的光栅位移变成为清 晰可见的莫尔条纹移动，可以用测量条纹的移 动来检测光栅的位移。从而实现高灵敏的位移 测量。 (3) 误差的平均效应：莫尔条纹具有平均光栅误 差的作用