光(guang)柵尺的工(gong)作原(yuan)理(li)

 

　　光(guang)柵尺的工(gong)作原(yuan)理(li)：莫(mo)爾條紋(wen)，以透(tou)射(she)光(guang)柵為例，當指示光(guang)柵上(shang)的(de)線(xian)紋(wen)和標尺光(guang)柵上(shang)的(de)線(xian)紋(wen)之(zhi)間形(xing)成(cheng)壹(yi)個(ge)小角(jiao)度θ，並且(qie)兩(liang)個(ge)光(guang)柵尺刻面(mian)相(xiang)對平行(xing)放(fang)置(zhi)時，在光(guang)源(yuan)的照(zhao)射(she)下，位於(yu)幾乎垂直的(de)柵紋(wen)上(shang)，形(xing)成(cheng)明(ming)暗相(xiang)間的(de)條紋(wen)。這(zhe)種條紋(wen)稱為“莫爾(er)條紋(wen)”(右(you)圖所示)。嚴(yan)格(ge)地(di)說，莫(mo)爾條紋(wen)排(pai)列(lie)的方(fang)向(xiang)是(shi)與兩(liang)片光(guang)柵線紋(wen)夾(jia)角(jiao)的平分線(xian)相(xiang)垂直。莫(mo)爾條紋(wen)中(zhong)兩條亮紋(wen)或(huo)兩條暗紋(wen)之(zhi)間的(de)距(ju)離(li)稱為莫爾(er)條紋(wen)的(de)寬度(du)，以W表(biao)示。莫(mo)爾(er)條紋(wen)W=ω/2*sin（θ/2）=ω/θ。

 

　　光(guang)柵測量(liang)位移的實(shi)質是(shi)以光(guang)柵柵距為壹(yi)把標(biao)準(zhun)尺子(zi)對位稱量(liang)進行(xing)測量(liang)。高分辨(bian)率的光(guang)柵尺壹(yi)般造價(jia)較(jiao)貴，且(qie)制(zhi)造(zao)困難。為了提高系(xi)統(tong)分辨(bian)率，需(xu)要對莫(mo)爾條紋(wen)進(jin)行(xing)細分，目(mu)前光(guang)柵尺傳感器系(xi)統(tong)多(duo)采(cai)用(yong)電(dian)子(zi)細分方(fang)法(fa)。當兩塊光(guang)柵以微小傾角(jiao)重(zhong)疊時，在與(yu)光(guang)柵刻線大(da)致(zhi)垂直的(de)方向(xiang)上(shang)就會(hui)產(chan)生莫爾條紋(wen)，隨(sui)著(zhe)光(guang)柵的移動(dong)，莫(mo)爾(er)條紋(wen)也(ye)隨之(zhi)上(shang)下(xia)移(yi)動(dong)。這(zhe)樣(yang)就把對(dui)光(guang)柵柵距的測量(liang)轉換(huan)為對莫(mo)爾條紋(wen)個(ge)數的測(ce)量(liang)。

 

　　在壹(yi)個(ge)莫爾條紋(wen)寬(kuan)度內，按(an)照(zhao)壹(yi)定(ding)間隔(ge)放(fang)置(zhi)4個(ge)光(guang)電(dian)器件就能實(shi)現電(dian)子(zi)細分與(yu)判(pan)向功(gong)能。例(li)如，柵線為50線對(dui)/mm的光(guang)柵尺，其(qi)光(guang)柵柵距為0.02mm，若(ruo)采(cai)用(yong)四細(xi)分後便可(ke)得到分辨(bian)率為5μm的計數脈沖(chong)，這(zhe)在工(gong)業普(pu)通(tong)測控(kong)中(zhong)已(yi)達到了很(hen)高精度。由於(yu)位移是(shi)壹(yi)個(ge)矢量(liang)，即要(yao)檢測其(qi)大(da)小，又要(yao)檢測其(qi)方(fang)向(xiang)，因(yin)此至少(shao)需(xu)要兩路(lu)相位不同(tong)的(de)光(guang)電(dian)信號。為了消除共模(mo)幹(gan)擾(rao)、直流(liu)分量(liang)和偶次諧波(bo)，通(tong)常采用(yong)由低(di)漂移(yi)運放(fang)構成(cheng)的差(cha)分放(fang)大(da)器。由4個(ge)光(guang)敏(min)器件獲得的(de)4路(lu)光(guang)電(dian)信號分別(bie)送(song)到2只差(cha)分放(fang)大(da)器輸(shu)入(ru)端(duan)，從差(cha)分放(fang)大(da)器輸(shu)出(chu)的(de)兩(liang)路(lu)信號其(qi)相(xiang)位差(cha)為π/2，為得到判(pan)向和計數脈沖(chong)，需(xu)對這(zhe)兩(liang)路(lu)信號進行(xing)整形，首(shou)先(xian)把(ba)它們整形為占空比為1：1的方(fang)波(bo)。然後，通(tong)過對(dui)方(fang)波(bo)的相(xiang)位進行(xing)判(pan)別(bie)比較(jiao)，就可(ke)以等(deng)到光(guang)柵尺的移(yi)動(dong)方(fang)向(xiang)。通(tong)過對(dui)方(fang)波(bo)脈沖(chong)進(jin)行(xing)計數，可(ke)以等(deng)到光(guang)柵尺的位移和速度。