如果仅以光栅的栅距作其分辨单位,只能读到整数莫尔条纹,倘若要读出位移为0.1um,势必要求每毫米刻线一万条,这是目前工艺水平无法实现的。因此,只能在合适的光栅栅距的基础上,对栅距进一步细分,才能获得更高的测量精度。常用的细分方法有倍频细分法和电桥细分法等。在一个莫尔条纹宽度上并列放置四个光电元个把,得到相位分别相差和四个正弦周期信号。选择适当电路处理这一列信号,使其合并得到的脉冲凉信号,每个脉冲分别和四个周期信号的零点相对应,则电脉冲凉的周期为1/4个莫尔条纹宽度。用计数器对这一列脉冲凉信号计数,就可以读取到1/4个莫尔条纹宽度的位移量。这样得到的分辨率,将是光栅固有的分辨率的四倍。此方法称为四倍频细分法。光电开关的若再增加光敏元件,同理可以进一步进提高测量分辨率。
细分电路以移动过的莫尔条纹数量来确定位移量,能测量的最小位移量就是光栅栅距。光电开关的光栅传感器为了提高分辨率,以测量小于栅距的位移量,应采用细分技术。光栅信号细分技术主要有光学细分、电子细分和微机软件细分等方式,细分与未细分的比较由于结构复杂、调式困难、成本高等原因,已很少使用。而电子细分的原理是在莫尔条纹信号变化一个周期内,发出若干个脉冲,以减小脉冲当量。如一个周期内发出n个脉冲,就可使为原来的n倍,每个脉冲凉当量相当于原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率为原来的n倍,所以也称为n倍频。
电子细分不可能得到高的细分数,且细分数是固定的,所以现在大多数光栅数显表都采用了微机软件细分法。
光栅信号的计算机软件细分技术是目前应用较为广泛、也比较我成熟的细分技术。
软件细分法一般是:将两个相差的信号通过转换输入微机,再利用一定的算法计算出莫尔信号的相位,即可推算出此时莫尔条纹的内的位置点,得到小于栅距的细分值,又称小数。
通过分辨向电路输出的为大数脉冲,脉冲频率对应于莫尔条纹变化频率,脉冲当量为光栅栅距值。
经过大小灵敏合并处理后,再由微机进行数值班计算和码制转换等处理,即可得到测量值。采用微机软件细分方法,不但可以得到高细分数,而且可以通过编程改变细分数,结构简单、成本低、可靠性高,非常适用于智能检测与控制等系统。 |