上海交通大学.检测技术基础2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光栅和激光位移测量技术,一、光栅式传感器,-,等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件,物理光栅：,计量光栅：,利用光的衍射现象分析光谱、测定波长,利用光的莫尔条纹现象测量精密位移,长光栅,-,直线位移；圆光栅,-,角位移,构成：主光栅,-,标尺光栅，定光栅；指示光栅,-,动光栅,长度,-,测量范围；刻线密度,-,测量精度,(10、25、50、100、125线/,mm),(1),莫尔条纹（,Moire）,条纹宽度：,W-,栅距，,a-,线宽，,b-,缝宽,W=a+b,，,a=b=W/2,特例：当,=0,w,1,=w,2,B=,光闸莫尔条纹,当,=0,w,1,w,2,纵向莫尔条纹,均匀刻线,主光栅,指示光栅,夹角,明暗相间条纹,莫尔条纹,移动,莫尔条纹特性：,方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时,与光栅移动方向垂直,同步性：光栅移动一个栅距,莫尔条纹移动一个间距一方向对应,放大性：夹角,很小,BW,光学放大,提高灵敏度,可调性：夹角,条纹间距,B,灵活,准确性：大量刻线,误差平均效应,克服个别,/,局部误差,提高精度,(2),光栅传感器分类与结构原理,按运动形式分：,直线型,-,主光栅为直尺形,直线移动,旋转型,-,主光栅为圆盘形,旋转运动,按光学形式分：,透射式,-,光源与光电元件在两侧,透射光,反射式,-,光源与光电元件同一侧,反射光,(3),圆光栅传感器,光栅,-,径向光栅、切向光栅、环形光栅,径向圆光栅 切向圆光栅,径向光栅的圆弧形莫尔条纹,两块径向光栅,-,栅距角相同,/,不大偏心量,光栅不同区域，,栅,线交角,不同,-,圆弧形莫尔条纹,（不同曲率半径）,条纹宽度,-,随位置变化,偏心垂直位置上,-,条纹近似垂直于栅线,偏心方向上,-,条纹近似平行于栅线,-,横向莫尔条纹,-,纵向莫尔条纹,其他位置,-,斜向莫尔条纹,实际应用,特例,-,光闸莫尔条纹（同心、栅距角相同）,主光栅（一个栅距角）,-,透光量（一个周期）,莫尔条纹,-,圆弧形、环形、辐射形,切向光栅的环形莫尔条纹,两块切向光栅,-,-,栅距角相同,/,切线圆半径不同/同心叠合,环形莫尔条纹,-,以光栅中心为圆心的同心圆簇,条纹宽度,-,随条纹位置变化,应用：高精度角度测量和分度,-,全光栅平均效应,优点：,环形,光栅的辐射形莫尔条纹,两块环形光栅,（相同）,-,栅线相对,/,不大的偏心量,辐射形莫尔条纹,-,条纹近似直线,/,呈辐射状,特点：条纹数目,/,位置,-,偏心量大小,/,圆心连线方向,光栅旋转,-,条纹数目,/,位置（不变）,偏心量（一个栅距）,-,莫尔条纹数目增加一条（一个象限内）,应用：主轴偏移、晃动,(,4),光栅传感器特点,精度高：测长,(0.2+210,-6,L,)m，,测角,0.1,量程大：透射式,-,光栅尺长（米），反射式,-,几十米,响应快：可用于动态测量,增量式：增量码测量,计数 断电,数据消失,要求高：对环境要求高,温度、湿度、灰尘、振动、移动精度,成本高：电路复杂,二、激光干涉测量系统,单频激光干涉系统,双频激光干涉系统,-,信噪比高，抗干扰能力强，大位移测量（,200,m,以上）,双频激光干涉测量系统,三、激光测距系统,3,）激光三角法,-,大范围远距离测距（几千,/,几十千米）,1,）脉冲测距法,2,）相位差测距法,激光短脉冲信号（激光器 被测目标）,测量精度：时间间隔测量精度（脉冲窄、响应速度快）,远距离,-,固体,/,二氧化碳；近距离,-,半导体,巨脉冲激光器,-,地球,月球距离（分辨力：,1,m）,激光束调制,-,相位差,-,时间,-,距离,距离,特点：测量精度高、分辨力强,原理：,y,=,f,(,x,),x y,Keyence,激光测距传感器,激光测距产品,特点：,非接触、不易划伤表面、结构简单、测量距离大、抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高,精度：光学元件本身的精度、环境温度、激光束的光强和直径大小以及被测物体的表面特征,应用：,厚度测量：,(,a),参考表面：两传感器同向,-,减小偏心误差,(,b,),相对测量：两传感器反向，无参考表面,-,克服钢板本身上下起伏造成的误差,测量范围：,16,mm,左右；相对测量精度：,0.1%0.2%,适用：在线测量钢板,/,铝板等板材厚度,特点：测头对表面颜色和纹理变化以及背景光的影响不敏感,不能测量镜面,-,漫反射原理,