磁栅尺和光栅尺有什么区别

发布时间:2019-04-10   来源:未知    
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磁栅尺
磁栅尺是一种非接触式的直线线位移传感器,多用于木工机械、石材机械、机械加工等领域,相普通的设备中,多数人认为磁栅尺的精度相对比光栅低,哪么磁栅尺到底与光栅尺最大的不同点在什么地方呢?首先磁栅尺是一种非接触式的传感器,而光栅尺是接触式的测量。

磁栅尺原理
利用与录音技术相似的方法,通过录磁头在磁性尺(或盘)上录制出间隔严格相等的磁波这一过程称为录磁。已录制好磁波的磁性尺称为磁栅尺。磁栅尺上相邻栅波的间隔距离称为磁栅的波长,又称为磁栅的节距(栅距)。磁栅尺是磁栅数显系统的基准元件。显然,波长就是磁栅尺的长度计量单位。任一被测长度都可用与其对应的若干磁栅波长之和来表示 [1]  。
磁栅尺的尺体可由满足一定要求的硬磁合金制成。也可由表面镀上一层硬磁合金的磁性材料制成。对制成磁栅尺的硬磁合金磁性材料的性能应有如下要求:
1)良好的磁性能 材料应具有较大的剩磁和矫顽力,即材料的磁滞回线应较胖大。
2)良好的磁均匀性 材料的磁性能越均匀越好,以保证录磁后的剩磁幅值相等,否则将影响磁栅的精度。
3)良好的磁稳定性 材料录磁后的剩磁强度应不会有随着时间的延伸而很快减弱的性能。
4)良好的力学性能 材料应具有较高的机械强度、硬度和耐磨度,易于机械加工及不易受外界温度和湿度变化。
5)一定的频率特性 能保证在一定的剩磁强度的要求下录上所需频率(波长)的磁波。
常用的硬磁合金是Cu-Ni-Fe合金或Fe-Cr-Co合金;常用的磁性镀层的成分是Ni、Co、P 

光栅尺原理

常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。图4-9是其工作原理图。当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度 来放置两光栅尺时,必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下,交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠,因而遮光面积最小,挡光效应最弱,光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反,距交叉点较远的区域,因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少,不透明区域面积逐渐变大,即遮光面积逐渐变大,使得挡光效应变强,只有较少的光线能通过这个区域透过光栅,使这个区域出现暗带。这些与光栅线纹几乎垂直,相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下性质:
(1) 当用平行光束照射光栅时,透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。
(2) 若用W表示莫尔条纹的宽度,d表示光栅的栅距,θ表示两光栅尺线纹的夹角,则它们之间的几何关系为W=d/sin当 角很小时,上式可近似写W=d/θ
若取d=0.01mm,θ=0.01rad,则由上式可得W=1mm。这说明,无需复杂的光学系统和电子系统,利用光的干涉现象,就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。这种放大作用是光栅的一个重要特点。
(3) 由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的,所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应,能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。
(4) 莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。两光栅尺相对移动一个栅距d,莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W,其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直,且当两光栅尺相对移动的方向改变时,莫尔条纹移动的方向也随之改变。
根据上述莫尔条纹的特性,假如我们在莫尔条纹移动的方向上开4个观察窗口A,B,C,D,且使这4个窗口两两相距1/4莫尔条纹宽度,即W/4。由上述讨论可知,当两光栅尺相对移动时,莫尔条纹随之移动,从4个观察窗口A,B,C,D可以得到4个在相位上依次超前或滞后(取决于两光栅尺相对移动的方向)1/4周期(即π/2)的近似于余弦函数的光强度变化过程,用 表示,见图4-9(c)。若采用光敏元件来检测,光敏元件把透过观察窗口的光强度变化 转换成相应的电压信号,设为 。根据这4个电压信号,可以检测出光栅尺的相对移动。
1.位移大小的检测
由于莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动是相对应的,故通过检测 这4个电压信号的变化情况,便可相应地检测出两光栅尺之间的相对移动。 每变化一个周期,即莫尔条纹每变化一个周期,表明两光栅尺相对移动了一个栅距的距离;若两光栅尺之间的相对移动不到一个栅距,因 是余弦函数,故根据 之值也可以计算出其相对移动的距离。
2. 位移方向的检测
在图4-9(a)中,若标尺光栅固定不动,指示光栅沿正方向移动,这时,莫尔条纹相应地沿向下的方向移动,透过观察窗口A和B,光敏元件检测到的光强度变化过程 和及输出的相应的电压信号和如图4-10(a)所示,在这种情况下,滞后的相位为/2;反之,若标尺光栅固定不动,指示光栅沿负方向移动,这时,莫尔条纹则相应地沿向上的方向移动,透过观察窗口A和B,光敏元件检测到的光强度变化过程和 及输出的相应的电压信号和如图4-10(b)所示,在这种情况下,超前的相位为/2。因此,根据和两信号相互间的超前和滞后关系,便可确定出两光栅尺之间的相对移动方向。
 
所以说,光栅尺和磁栅尺除了结构上的不同,他们所实现的功能是一样的,只不过在精度上,磁栅尺的精度相对来说比不上光栅尺!
 

图说天下

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