光栅位移传感器的设计：光栅线位移传感器的结构原理及注意事项

　　光栅线位移传感器的结构原理
　　光栅数显测量系统是一种能自动检测和自动显示的光机电一体化产品，是改造旧机床，装备新机床以及各种长度计量仪器的重要配套件，是用微电子技术改造传统工业的方向之一。由于光栅数显测量系统具有精度高，安装及操作容易，价格低，回收投资快等优点而得到大量使用。
　　光栅数显测量系统是一种能自动检测和自动显示的光机电一体化产品，是改造旧机床，装备新机床以及各种长度计量仪器的重要配套件，是用微电子技术改造传统工业的方向之一。由于光栅数显测量系统具有精度高，安装及操作容易，价格低，回收投资快等优点而得到大量使用。为使广大用户能够更好地掌握运用好这一产品，本文以我公司生产的BG1/KG1型系列光栅线位移传感器为例，就其结构、原理、安装与维护作一介绍。
　　一、结构
　　BG1/KG1系列光栅线位移传感器是我公司生产的主导产品之一，分为BG1型闭式结构和KG1型开启式结构两种类型。BG1型闭式结构的光栅尺为50线/mm，KG1型开启式结构的光栅尺为100线/mm。
　　KG1型开启式传感器的标尺光栅裸露在外，微型发光器件和接收器件都装在传感头里。它的精度较高，要求的工作环境条件高，通常运用于精密仪器及使用条件较好的数控设备上。BG1型闭式传感器的特点是发光器件、光电转换器件和光栅尺封装在紧固的铝合金型材里。发光器件采用红外发光二极管，光电转换器件采用光电三极管。在铝合金型材下部有柔性的密封胶条，可以防止铁屑、切屑和冷却剂等污染物进入尺体中。电气连接线经过缓冲电路进入传感头，然后再通过能防止干扰的电缆线送进光栅数显表，显示位移的变化。闭式光栅线位移传感器的结构及输出波形。
　　BG1型闭式传感器的传感头分为下滑体和读数头两部分。下滑体上固定有五个精确定位的微型滚动轴承沿导轨运动，保证运动中指示光栅与主栅尺之间保持准确夹角和正确的间隙。读数头内装有前置放大和整形电路。读数头与下滑体之间采用刚柔结合的联接方式，既保证了很高的可靠性，又有很好的灵活性。读数头带有两个联接孔，主光栅尺体两端带有安装孔，将其分别安装在两个相对运动的两个部件上，实现主光栅尺与指示光栅之间的运动进行线性测量。
图片来源于网络
　　二、基本原理
　　光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
　　三、安装方式
　　光栅线位移传感的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位，一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如滑板）。
　　1、安装基面
　　安装光栅线位移传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。如果不能达到这个要求，则需设计加工一件光栅尺基座。基座要求做到：①应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座（最好基座长出光栅尺50mm左右）。②该基座通过铣、磨工序加工，保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内。另外，还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。安装时，调整读数头位置，达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右，读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右。
　　2、主尺安装
　　将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上，但不要上紧，把千分表固定在床身上，移动工作台（主尺与工作台同时移动）。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度，调整主尺M4螺钉位置，使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时，把M2螺钉彻底上紧。在安装光栅主尺时，应注意如下三点：
　　（1）在装主尺时，如安装超过1.5M以上的光栅时，不能象桥梁式只安装两端头，尚需在整个主尺尺身中有支撑。
　　（2）在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。
　　（3）不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基尺与主尺固定好。
　　3、读数头的安装
　　在安装读数头时，首先应保证读数头的基面达到安装要求，然后再安装读数头，其安装方法与主尺相似。最后调整读数头，使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内，其读数头与主尺的间隙控制在1~1.5mm以内。
　　4、限位装置
　　光栅线位移传感器全部安装完以后，一定要在机床导轨上安装限位装置，以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端，从而损坏光栅尺。另外，用户在选购光栅线位移传感器时，应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺，以留有余量。
　　5、检查光栅线位移传感器安装完毕后，可接通数显表，移动工作台，观察数显表计数是否正常。在机床上选取一个参考位置，来回移动工作点至该选取的位置。数显表读数应相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表与数显表同时调至零（或记忆起始数据），往返多次后回到初始位置，观察数显表与千分表的数据是否一致。通过以上工作，光栅传感器的安装就完成了。但对于一般的机床加工环境来讲，铁屑、切削液及油污较多。因此，光栅传感器应附带加装护罩，护罩的设计是按照光栅传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，护罩通常采用橡皮密封，使其具备一定的防水防油能力。
四、使用注意事项
　　（1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。
　　（2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。
　　（3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。
　　（4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。
　　（5）为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。
　　（6）光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。
　　（7）不要自行拆开光栅传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。
　　（8）应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。
　　（9）光栅传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。
　五、常见故障现象及判断方法
　　1、接电源后数显表无显示
　　（1）检查电源线是否断线，插头接触是否良好。
　　（2）数显表电源保险丝是否熔断。
　　（3）供电电压是否符合要求。
　　2、数显表不计数
　　（1）将传感器插头换至另一台数显表，若传感器能正常工作说明原数显表有问题。
　　（2）检查传感器电缆有无断线、破损。
　　3、数显表间断计数
　　（1）检查光栅尺安装是否正确，光栅尺所有固定螺钉是否松动，光栅尺是否被污染。
　　（2）插头与插座是否接触良好。
　　（3）光栅尺移动时是否与其他部件刮碰、摩擦。
　　（4）检查机床导轨运动副精度是否过低，造成光栅工作间隙变化。
　　4、数显表显示报警
　　（1）没有接光栅传感器。
　　（2）光栅传感器移动速度过快。
　　（3）光栅尺被污染。
　　5、光栅传感器移动后只有末位显示器闪烁
　　（1）A或B相无信号或不正常只有一相信号。
　　（2）有一路信号线不通。
　　（3）光敏三极管损坏
　　6、移动光栅传感器只有一个方向计数，而另一个方向不计数（即单方向计数）
　　（1）光栅传感器A、B信号输出短路。
　　（2）光栅传感器A、B信号移相不正确。
　　（3）数显表有故障。
　　7、读数头移动发出吱吱声或移动困难
　　（1）密封胶条有裂口。
　　（2）指示光栅脱落，标尺光栅严重接触摩擦。
　　（3）下滑体滚珠脱落。
　　（4）上滑体严重变形。
　　8、新光栅传感器安装后，其显示值不准
　　（1）安装基面不符合要求。
　　（2）光栅尺尺体和读数头安装不合要求。
　　（3）严重碰撞使光栅副位置变化。

光栅位移传感器的设计：基于光栅位移传感器硬件电路设计

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结构特性

接口?:
模拟

电气特征

电源电压?(VDC):
10 – 30

模拟接口?(mA):
4 – 20

端接特性

倾角传感器和测斜仪安装?:
水平

尺寸

测量范围?(°):
0 – 105

尺寸?(mm):
最多 120

倾角传感器和测斜仪精确度?(°):
最多 +/- .5

分辨率?(°):
最多 +/- .01

使用环境

测量原理?:
电位器

工组温度范围?(°C):
-40 – 85

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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
±15

模拟输出?:
±10 V

电气连接?:
PT02A-10-6P

主体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圆柱形

弹簧回弹式?:
分离式铁芯, 分离式铁芯

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
19.05?mm?[?.75?in?]

使用环境

工作温度范围?:
0 – 70?°C?[?32 – 158?°F?]

环境规范?:
1,000 PSI 压力

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产品类型特性

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 类型?:
RVDT

结构特性

电气连接?:
PTO2A-10-6P 连接器

电气特征

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 电源电压?(Vrms):
3

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 输出类型?:
AC Voltage

信号特征

励磁频率?(kHz):
2.5 – 10

主体特性

角度感应范围?(°):
±30

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 重量?(g):
255

外壳材料?:
不锈钢

重量?(oz):
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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
8.5 – 28

模拟输出?:
0 – 5 V, 1 – 6 V

电气连接?:
屏蔽电缆

主体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圆柱形

弹簧回弹式?:
分离式铁芯, 分离式铁芯

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
19.05?mm?[?.75?in?]

使用环境

工作温度范围?:
-25 – 85?°C?[?-13 – 185?°F?]

行业标准

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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
8.5 – 28

模拟输出?:
0 – 5 V, 1 – 6 V

电气连接?:
屏蔽电缆

主体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圆柱形

弹簧回弹式?:
分离式铁芯, 分离式铁芯

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
19.05?mm?[?.75?in?]

使用环境

工作温度范围?:
-25 – 85?°C?[?-13 – 185?°F?]

行业标准

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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
3

电气连接?:
引线

信号特征

励磁频率?(kHz):
1 – 10

主体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圆柱形

弹簧回弹式?:
分离式铁芯, 分离式铁芯

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
12?mm?[?.472?in?]

使用环境

工作温度范围?:
-55 – 150?°C?[?-67 – 302?°F?]

行业标准

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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
12 – 26

模拟输出?:
0 – 10 V

电气连接?:
PT02A-10-6P

主体特性

弹簧回弹式?:
弹簧回弹式

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
19.05?mm?[?.75?in?]

使用环境

工作温度范围?:
-20 – 70?°C?[?-4 – 158?°F?]

行业标准

IP 等级?:
IP68

其他

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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
±15

模拟输出?:
±10 V

电气连接?:
PT02A-10-6P

主体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圆柱形

弹簧回弹式?:
分离式铁芯, 分离式铁芯

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
19.05?mm?[?.75?in?]

使用环境

工作温度范围?:
0 – 70?°C?[?32 – 158?°F?]

环境规范?:
1,000 PSI 压力

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电气特征

线路电源电压要求?(VDC):
9 – 30

信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(mA):
4 – 20

信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(VDC):
0 – 10

励磁电压?(Vrms):
3

信号特征

励磁频率?(kHz):
7.5

主体特性

信号调节 - LVDT/RVDT 重量?(g):
117

机械附件

信号调节 - LVDT/RVDT 安装?:
DIN 3

使用环境

工作温度范围?:
-20 – 75?°C?[?0 – 165?°F?]

操作/应用

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目前没有详细产品特性的在线信息。?发表于 2021-08-21 02:00?
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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
±15

模拟输出?:
±10 V

电气连接?:
PT02A-10-6P

主体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圆柱形

弹簧回弹式?:
分离式铁芯, 分离式铁芯

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
4.78?mm?[?.188?in?]

使用环境

工作温度范围?:
0 – 70?°C?[?32 – 158?°F?]

环境规范?:
1,000 PSI 压力

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产品类型特性

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 类型?:
RVDT

结构特性

电气连接?:
M12.5 针

电气特征

Input Current (Max)?(mA):
25

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 输出类型?:
0 – 10 VDC

主体特性

角度感应范围?(°):
0 – 120

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 重量?(g):
99

外壳材料?:
铝

机械附件

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 安装?:
Servo Groove

...发表于 2021-08-21 01:00?
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结构特性

Resolver Size?:
21

Pole Pairs?:
1

其他

Angular Error?('):
20发表于 2021-08-21 01:00?
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电气特征

线路电源电压要求?(VDC):
±12, ±15

信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(VDC):
±10

励磁电压?(Vrms):
3

信号特征

励磁频率?(kHz):
2.5 – 10

机械附件

信号调节 - LVDT/RVDT 安装?:
Printed Circuit Board Edge or Terminal Block

使用环境

工作温度范围?:
-1 – 55?°C?[?30 – 130?°F?]

其他

传感器类型?:
带 5 或 6 根导线的 LVDT 或 RVDT

传感器通道?:
1

...发表于 2021-08-21 01:00?
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使用环境

工作温度范围?:
5 – 60?°C?[?41 – 140?°F?]发表于 2021-08-21 01:00?
16次阅读-020 -02...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。?

结构特性

接口?:
模拟

电气特征

电源电压?(VDC):
12 – 24

模拟接口?(mA):
4 – 20

端接特性

倾角传感器和测斜仪安装?:
垂直

尺寸

尺寸?(mm):
最多 70

倾角传感器和测斜仪精确度?(°):
最多 +/- .5

分辨率?(°):
最多 +/- .01

使用环境

测量原理?:
液体

工作温度范围?:
-25 – 60?°C?[?-13 – 140?°F?]

包装特性

倾...发表于 2021-08-21 01:00?
16次阅读MLP-50 MLP-50 直线位移传感器 - ...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。?

产品类型特性

外壳材料?:
AL

产品类型?:
电位器

电气特征

线性位移传感器 - 电位器电阻?(kΩ):
5

最大输入电压?(VDC):
42

电刷工作电流（最大值）?(mA):
10

主体特性

线性位移传感器 - 电位器重量?(g):
29

外壳设计?:
圆柱形

尺寸

全冲程范围?:
50?mm?[?2?in?]

可重复性?(mm):
.01

使用环境

工作温度范围?:
-30 – 150?°C?[?-22 – 30...发表于 2021-08-21 00:00?
14次阅读04-0994-0004 PT8600-0025...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。?

产品类型特性

拉绳致动位移传感器产品类型?:
PT8，严苛环境系列

信号特征

输出信号?:
无

主体特性

拉绳致动位移传感器外壳材料?:
铝

使用环境

工作温度范围?:
-40 – 93?°C?[?-40 – 200?°F?]

操作/应用

分辨率?(mm):
125 mm/匝

行业标准

IP 等级?:
IP67, IP68

危险区域认证?:
否

其他

全部行程范围?:
635?mm?[?25?in?]

拉绳致动...发表于 2021-08-21 00:00?
8次阅读SR1V-175 SR1V-175 拉绳位移传感...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。?

产品类型特性

拉绳致动位移传感器产品类型?:
SR 系列，IP67 拉绳位移电位计

信号特征

输出信号?:
0 – 10 VDC

主体特性

拉绳致动位移传感器外壳材料?:
聚碳酸酯 + 无锈安装支架

使用环境

工作温度范围?(°C):
-40 – 85

工作温度范围?(°F):
-40 – 185, -40 – 185

操作/应用

分辨率?(mm):
16 位

行业标准

IP 等级?:
IP67

危险区域认证?:
否

其他

...发表于 2021-08-21 00:00?
12次阅读04-0989-0061 RT9420-0R25...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。?

产品类型特性

旋转位移传感器 - 电位器产品类型?:
4 – 20 mA Transmitter

结构特性

电气连接?:
连接器

电气特征

旋转位移传感器 - 电位器电源电压?(VDC):
8 – 34

输入电流?(mA):
4 – 20

输出电流（最大值）?(mA):
4 – 20 mA

输出阻抗?(Ω):

信号特征

频率响应?(Hz):
<1K 主体特性                     角度感应范围?(°): 1080, , 180, 1800, , 360, 3600, 720, 7200, 90 尺寸              ...发表于 2021-08-21 00:00?                        16次阅读SG1-80 SG1-80 拉绳位移传感器看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性                     拉绳致动位移传感器产品类型?: SG 系列拉绳位移电位计 信号特征                     输出信号?: 分压器（电位） 主体特性                     拉绳致动位移传感器外壳材料?: 聚碳酸酯 + 无锈安装支架 使用环境                     工作温度范围?: -40 – 71?°C?[?-40 – 160?°F?] 操作/应用                     分辨率?(mm): 连续模拟 行业标准                     IP 等级?: IP50                 危险区域认证?: 否 其他                     全部行程范围?: 2032?mm?[?80?in?] ...发表于 2021-08-21 00:00?                        29次阅读SR1A-175 SR1A-175 拉绳位移传感...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性                     拉绳致动位移传感器产品类型?: SR 系列，IP67 拉绳位移电位计 信号特征                     输出信号?: 分压器（电位） 主体特性                     拉绳致动位移传感器外壳材料?: 聚碳酸酯 + 无锈安装支架 使用环境                     工作温度范围?(°C): -40 – 85                 工作温度范围?(°F): -40 – 185, -40 – 185 操作/应用                     分辨率?(mm): 连续模拟 行业标准                     IP 等级?: IP67                 危险区域认证?: 否 其他              ...发表于 2021-08-21 00:00?                        18次阅读-000 -00...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 结构特性                     接口?: 数字 电气特征                     电源电压?(VDC): 6.5 – 24 端接特性                     倾角传感器和测斜仪安装?: 垂直 尺寸                     测量范围?(°): 最多 +/- 45                 尺寸?(mm): 最多 120                 倾角传感器和测斜仪精确度?(°): 最多 +/- .5                 分辨率?(°): 最多 +/- .01 使用环境                     测量原理?: 液体                 工作温度范围?: -25 – 85?°C?[?-13 – 185?°F?] 包装特性                     ...发表于 2021-08-21 00:00?                        25次阅读-060 -06...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性                     角度位移传感器 - RVDT/RVIT 类型?: RVIT 结构特性                     电气连接?: 电缆 电气特征                     角度位移传感器 - RVDT/RVIT 电源电压?(VDC): 4 – 5.5                 Input Current (Max)?(mA): 14                 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 输出类型?: ±3 VDC 主体特性                     角度感应范围?(°): ±60                 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 重量?(g): 70                 外壳材料?: 阳极氧化铝 机械附件                     角度位移传感器 - R...发表于 2021-08-21 00:00?                        32次阅读-060 -06...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性                     角度位移传感器 - RVDT/RVIT 类型?: RVIT 结构特性                     电气连接?: 导线 电气特征                     角度位移传感器 - RVDT/RVIT 电源电压?(VDC): 13.5 – 16.5                 Input Current (Max)?(mA): 25                 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 输出类型?: ±7.5 VDC 主体特性                     角度感应范围?(°): ±60                 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 重量?(g): 34                 外壳材料?: 阳极氧化铝 机械附件                     角度位移传感器...发表于 2021-08-21 00:00?                        243次阅读-000 -00...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 电气特征                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V): 3                 励磁频率?(Hz): 2500 –                 电气连接?: 屏蔽电缆 信号特征                     励磁频率?(kHz): 2.5 – 10 主体特性                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?: 圆柱形                 弹簧回弹式?: 弹簧回弹式 壳体特性                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?: 高碳钢                 外壳直径?: 9.5?mm?[?.374?in?] 使用环境                     工作温度范围?: 5 – 60?°C?[?41 ...发表于 2021-08-21 00:00?                        29次阅读-000 -00...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 电气特征                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V): 3                 励磁频率?(Hz): 2500 –                 电气连接?: 屏蔽电缆 信号特征                     励磁频率?(kHz): 2.5 – 10 主体特性                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?: 圆柱形                 弹簧回弹式?: 弹簧回弹式 壳体特性                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?: 高碳钢                 外壳直径?: 9.5?mm?[?.374?in?] 使用环境                     工作温度范围?: 5 – 60?°C?[?41 ...发表于 2021-08-21 00:00?                        25次阅读-006 -00...看产品文档，或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 电气特征                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V): 3                 励磁频率?(Hz): 400 – 5000                 电气连接?: 引线 信号特征                     励磁频率?(kHz): .4 – 5 主体特性                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?: 圆柱形                 弹簧回弹式?: 分离式铁芯, 分离式铁芯 壳体特性                     线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?: 不锈钢                 外壳直径?: 20.6?mm?[?.812?in?] 使用环境                     工作温度范围?: -55 – 150?°C...发表于 2021-08-21 00:00?                        30次阅读

光栅位移传感器的设计：基于光栅位移传感器硬件电路设计_1

描述
光栅作为精密测量的一种工具，由于他本身具有的优点，已在精密仪器、坐标测量、精确定位、高精度精密加工等领域得到了广泛的应用［1，2］。光栅测量技术是以光栅相对移动所形成的莫尔条纹信号为基础的，对此信号进行一系列的处理，即可获得光栅相对移动的位移量［3］。将光栅位移传感器与微电子技术相结合，进行线性位移量的测量，以实现较高的测量精度。本文采用光栅作为传感元件，经接收元件后变为周期性变化的电信号（近似正弦信号），采用逻辑辨向电路区别位移的正反向，利用单片机进行数据处理并显示结果。软件采用汇编语言实现。
1　硬件电路
本设计的硬件电路主要由单片机89C51、计数器8253、细分与辨向电路、信号变换电路和光栅位移传感器组成。如图1所示。
1．1　光栅位移传感器
光栅位移传感器包括以下几部分：光栅；光栅光学组成。光栅光学系统的作用是形成莫尔条纹；光电接受系统。光电接受系统是由光敏元件组成，他将莫尔条纹的光学信号转换成电信号，本系统采用的光敏元件是4个硅光电池。

1．2　信号变换电路
信号变换就是将由光敏元件输出的正弦电信号转换成方波信号。本文中采用的比较器LM339，来自光栅的莫尔条纹照到光敏元件硅光电池上，他们所输出的电信号加到LM339的2个比较器的正输入端上，而在这2个比较器的负输入端分别预制一定的参考电压，该参考电压应使光栅输出的方波的高、低电平宽度一样。
1．3　细分与辨向电路
1．3．1　细分电路
为记录光栅上移过的条纹数目和判断光栅的移动率等，传感器中采用4极硅光电池来接收莫尔条纹信号。调整莫尔条纹的宽度B，使他正好与4个硅光电池的宽度相同。则可直接获得在相位上依次相差90°的4路信号，即进行4倍细分。如图2所示。
1．3．2　辨向电路
位移除了有大小的属性外，还具有方向的属性。为了辨别标尺光栅位移的方向，仅靠一个光敏元件输出一个信号是不行的。必须有2个以上的信号根据他们的相位不同来判断位移方向。因此，本设计采用的是4个硅光电池来接收莫尔条纹信号，则输出的4路信号在相位上依次相差90°，利用这种特点设计的辨向电路的如图3所示。图中u1，u2和u3，u4分别通过相同的电路实现对位移方向的区别。当莫尔条纹上移时（假设经过硅光电池的前2个，此时u1，u2有信号，u3，u4无信号），则图中A点有计数脉冲，B点为恒定电平；当莫尔条纹下移时（假设经过硅光电池的前2个，此时u1，u2有信号，u3，u4无信号），则图中B点有计数脉冲，A点为恒定电平。用2个不同计数器分别记录上移和下移所形成的脉冲数，即可实现辨向。
1．4　LED显示
本文采用动态4位显示。第1位为符号为，莫尔条纹上移为正，下移为负；第2，3位为整数位；第4位为小数位。将所有的段选线并联在一起，由单片机的P1口控制，而共阴极公共端分别由P3．0，P3．1，P3．2，P3．3控制，实现各位分时选通。
2　软件部分
软件部分主要有采集子程序、数据处理和显示子程序组成［4］。
采集子程序完成对计数值的读入和转化；数据处理子程序完成对采集数据的线形化处理；显示子程序对结果进行循环显示。程序的流程如图4所示。
3　结　语
本文中，设计的硬件采用比较器LM339把光敏器件输出信号转换成方波信号，采用逻辑辨向电路，对光栅的正向、反向移动做准确的判断；采用8253的2个计数器分别对正反两路信号进行计数，然后，用89C51进行数据处理，送到显示器显示。硬件结构简单、成本低、工作可靠、精度比较高；软件采用汇编语言实现，程序简单、可读性强、效率高。
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光栅位移传感器的设计：小型光栅位移传感器设计

摘要：

本文首先简要介绍了光栅检测装置在国内外的发展动态及光栅的基本原理,在光栅测径仪的基础上,结合火炮身管内径检测的特殊要求,分析了小型光栅位移传感器设计要点,其中包括光栅副选型、光栅参数的确定,光栅间隙和光源的选取、接收元件宽度选定等。 在分析了一些传统的莫尔条纹细分方法的优、缺点及适用范围的基础上,提出了光栅信号辨向和细分方法,即利用可编程逻辑器件CPLD和A/D转换器来实现光栅信号振幅合成、辨向和细分,实现了位移测量的高分辨率和灵活性。 最后,文章还对光栅位移传感器做了精度分析。

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