基于光栅传感器位移测量的方案设计基于光栅传感器位移测量的方案设计
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
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。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。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
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细分与辨向电路细分与辨向电路
1.3.1细分电路细分电路
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。
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