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位移傳感器的原理與技術分析

2020-12-17 11:21:19

位移傳感器又稱為線性傳感器,是一種屬於金屬感應的線性 器件,傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量。位移是和物體的位置在運動過程中的移動有關的量,位移的測量方式所涉及的範圍是相當廣泛的。小位移通常用應變式、電感式、差動變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來檢測,大的位移常用感應同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術來測量。

其中光柵傳感器因具有易實現數字化、精度高(目前分辨率高的可達到納米級)、抗幹擾能力強、沒有人為讀數誤差、安裝方便、使用可靠等優點,在機床加工、檢測儀表等行業中得到日益廣泛的應用。

位移傳感器

信號處理

辨向原理

在實際應用中,位移具有兩個方向,即選定一個方向後,位移有正負之分,因此用一個光電元件測定莫爾條紋信號確定不了位移方向。為了辨向,需要有π/2相位差的兩個莫爾條紋信號。如圖2,在相距1/4條紋間距的位置上安放兩個光電元件,得到兩個相位差π/2的電信號u01和u02,經過整形後得到兩個方波信號u01’和u02’。光柵正向移動時u01超前u0290度,反向移動時u02超前u0190度,故通過電路辨相可確定光柵運動方向。

細分技術

隨著對測量精度要求的提高,以柵距為單位已不能滿足要求,需要采取適當的措施對莫爾條紋進行細分。所謂細分就是在莫爾條紋信號變化一個周期內,發出若幹個脈衝,以減少脈衝當量。如一個周期內發出n個脈衝,則可使測量精度提高n備,而每個脈衝相當於原來柵距的1/n。由於細分後計數脈衝頻率提高了n倍,因此也稱n倍頻。

通常用的有兩種細分方法:其一、直接細分。在相差1/4莫爾條紋間距的位置上安放兩個光電元件,可得到兩個相位差90o的電信號,用反相器反相後就得到四個依次相差90o的交流信號。同樣,在兩莫爾條紋間放置四個依次相距1/4條紋間距的光電元件,也可獲得四個相位差90o的交流信號,實現四倍頻細分。其二、電路細分。

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