新型缩微计量光栅传感器开发与应用

节距角为θ的圆光栅根据栅线是径向还是切向分布可分为径向圆光栅和切向圆光栅，它们的莫尔条纹形态分别是不同曲率半径的圆弧形和以光栅中心为圆心的同心圆簇，即环形莫尔条纹。当两片光栅相对做旋转运动时，每转过一个č角，对应输出一条莫尔条纹，光敏管同时输出一个脉冲信号，其检测原理与长光栅传感器基本相同。
三、传感器技术参数
光栅传感器的检测分辨率主要取决于光栅的栅距，栅距越小，分辨率越高；对于透射计量光栅，一般用“线对/mm”数表示。缩微光栅理论上最大可以做到200线对/mm，但目前实际使用的光栅传感器采用的光栅为20～50线对/mm，考虑到这种光栅传感器主要作为普通精度通用型传感器应用，这样的精度已经可以满足实际需要。
光栅位移传感器的主要参数如下：
（1）最大分辨率：0.005mm(四倍细分)/0.02mm(不细分) 
（2）最大测量范围：0 mm ~45mm 
（3）检测误差：≤0.05mm 
（4）体积：15×13×10mm3 
（5）安装方式：8脚双列直插式焊接＋双安装孔固定 
（6）主光栅移动方式：阻尼型/微阻尼型
  四、应用方法举例
位移和转角是最常见的物理量，本文介绍的缩微光栅传感器正是对这些物理量进行检测。由于是数字量输出，不需要A/D转换电路，所以应用电路简单，保证了产品具有很好的性价比。这种缩微光栅传感器不仅可以代替其它方式的传感器，而且可以催生许多新产品。传感器设计成双光路结构，不仅可以对运动对象的运动方向进行判别而且可以对测量输出信号进行四倍细分，有效提高检测分辨率。
测量原理见图3，光敏管的光学检测缝宽度为1/4B，两路光敏管输出的信号始终保持1/2π相位差，信号经放大和整形电路后，再各自取反，从而得到四路相位彼此相差1/2π的方波信号，这些信号再经过提取边沿处理即可以实现四倍细分，同时根据边沿的时序可以判断主光栅的运动方向，以消除由于光栅往返回复运动给位移检测带来的误差。后级电路除了可以采用硬件电路实现以外，还可以用单片机来完成整个细分、辨向、计数译码和显示，具体参见文献1。
参考文献：
[1] 朱孝立. 一种光栅计量的单片机处理方法[J]. 合肥工业大学学报，1998年9期， 
[2] 张善锺. 计量光栅技术[M]. 北京： 机械工业出版社，　1985.12 
[3] Oded Kafri, Ilana Glatt.  The Physics of Moire Metrology.  U.S.  1990[/J]