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基于光柵傳感器位移測(cè)量的軟、硬件設(shè)計(jì)

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作者: 時(shí)間:2007-06-13 來源:國(guó)外電子元器件 收藏
光柵作為精密的一種工具,由于他本身具有的優(yōu)點(diǎn),已在精密儀器、坐標(biāo)、精確定位、高精度精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1,2]。光柵技術(shù)是以光柵相對(duì)移動(dòng)所形成的莫爾條紋信號(hào)為基礎(chǔ)的,對(duì)此信號(hào)進(jìn)行一系列的處理,即可獲得光柵相對(duì)移動(dòng)的位移量[3]。將光柵位移傳感器與微電子技術(shù)相結(jié)合,進(jìn)行線性位移量的測(cè)量,以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度。本文采用光柵作為傳感元件,經(jīng)接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘?hào)(近似正弦信號(hào)),采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向,利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果。軟件采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。

1 硬件電路

本設(shè)計(jì)的硬件電路主要由單片機(jī)89C51、計(jì)數(shù)器8253、細(xì)分與辨向電路、信號(hào)變換電路和光柵位移傳感器組成。如圖1所示。

硬件電路

1.1 光柵位移傳感器

光柵位移傳感器包括以下幾部分:光柵;光柵光學(xué)組成。光柵光學(xué)系統(tǒng)的作用是形成莫爾條紋;光電接受系統(tǒng)。光電接受系統(tǒng)是由光敏元件組成,他將莫爾條紋的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),本系統(tǒng)采用的光敏元件是4個(gè)硅光電池。
 
1.2 信號(hào)

變換電路

信號(hào)變換就是將由光敏元件輸出的正弦電信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)。本文中采用的比較器LM339,來自光柵的莫爾條紋照到光敏元件硅光電池上,他們所輸出的電信號(hào)加到LM339的2個(gè)比較器的正輸入端上,而在這2個(gè)比較器的負(fù)輸入端分別預(yù)制一定的參考電壓,該參考電壓應(yīng)使光柵輸出的方波的高、低電平寬度一樣。

1.3 細(xì)分與辨向電路

1.3.1 細(xì)分電路

為記錄光柵上移過的條紋數(shù)目和判斷光柵的移動(dòng)率等,傳感器中采用4極硅光電池來接收莫爾條紋信號(hào)。調(diào)整莫爾條紋的寬度B,使他正好與4個(gè)硅光電池的寬度相同。則可直接獲得在相位上依次相差90



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