传感器投术（Ｊｒ］ｕｎ ｌ ０¨’Ｆ￣｛［ｉＮｄｕｃｅｒ ｌｅｃｈｎｏｌｏｇｙｊ ２００２年第２ｌ卷第２期
基于全息光栅的ＣＣＤ位移传感器 赵育良，张青臣，李开端 （海军航空工程学院青岛分院，山东青岛．２６６０４１） 捕襄：提出了一种新型的基于全甚光栅的（７Ｃ１）位移传感器，该系统利用（ｘ’Ｄ分辨力高、像素均匀等特 点，对ｆ涉条纹的移动进行精确定位，而且争息光栅在测量过程中又具有不受光源波长的影响、适用光谱 范围宽等特点．实现了位移的自动精确测量 该系统具有一定的实用价值及应用前景 关键词：线阵ＣＣＤ；全息光栅；位移传感器 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—９７８７｛２００２）０２ ０００８ ０３ ＣＣＤ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ ＺＨＡＯ Ｙｕ—Ｉｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ—ｃｈｅｎ，ＬＩ Ｋａｉ—ｄｕａｎ （Ｑｉｎｇ＊ｌａｏ Ｂｒａｎｃｈ，Ｎａｖａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｑｉ ａ０ ２６６０４１，Ｃｈｉｎａ） Ａｈｓｔｒａｃｌ：Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒ＿ｅｗ ＣＣＤ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｌ３．．ａｏｒ ｂａ刊ｏｎ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｓ ｍａｄｅ．Ｔｈｉｓ ｓ￣－ｓｔｅｍ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ａｃｃｕｒａｔｅ［ｃ￣ａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ｓｔｒｉｐｅ ｍｏｖｉｎｇ ｒｉｓｉｎｇ ｈｉｇｈ ｒ￣ｏｌｕｌｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｓｅｍｂｌｅｓ ｐｌａｉｎ ｉｎ ｃｏｌｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃ （ｘ’Ｄ．ｉＴｔｏｒ１３ｏ￣．．ｅｒ，ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ ｈａｖｅ（ｂ ｎ。【ｒｅｃｅｉｖｅ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ＳＣｔｌ／￣ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｎ ｍｅａ— ｓｕｒｉｎｇ ｏｃｘＪｒＳｅ．ｓｕｉｔａｂｌｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ￣－ｏｐａ ｗｉｄｅ ｅｔｃ ｃｈ￣ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．ｔｈｅ ａｕｔｏ－ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅ．０ｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｓ ｒｅａｌ— ｉｚｅｄ Ｆｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｌｎ（￣ｓｐｅｃｌ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒ Ｃ（３３；ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓ日 ｒ ０引言 高准确度的位移测量系统是机械、仪表、Ｊ：其、 兵器、宇航等产业获得位置准确度的基础，也是上述 产业产品及技术不断进步的制约因素。在这些与 而 发展得比较成熟的主要是栅尺类位移传感器，其中 又以光栅位移传感器为主要代表。而传统的光栅位 移测量装置中多以刻画光栅为主，并以光电探测器 为接收元件来进行位移的检测，最终得到数字化的 位移信号 而近年来随着ＣＣＤ技术的不断完善和 提高，使其作为用于干涉条纹的拾取工具成为可能， 并在很大程度上提高了定位准确度。而依据全息光 栅无鬼线、适用光谱范围宽、高分辨力及有效孔径大 等优点，提出了一种利用全息光栅代替传统刻画光 栅．以线阵ｃｃＤ作为条纹拾取装置，并通过高速动 态数据采集系统最终由８０３ １单片机对信号数据进 行自动处理的位移自动精密测量系统。 １测量原理及系统组成 ｌ Ｉ测量原理
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。 1欢迎下载 第五部分 数控机床位置检测与传感器件
1.位置传感器件主要分类
(1)直线和角位移传感器:
a.直线位移传感器
直线位移传感器用于测量工作台的位移，通常装在工作台侧面。为了使传感器的热膨胀系数与机床床身的相同，要选择传感器的材料，否则会影响测量的准确性。直线位移传感器还要避免油雾、冷却液和切屑等的污染。
b.角位移传感器是用来测量传动轴的角度位移的。用角位移传感器测量直线位移时，要求它的测量值与工作台的直线位移有一定的对应关系，通常是将角位移传感器装在带动工作台移动的丝杠的端部。
位移传感器的输出只有两种形式，即模拟式或数字式；
直线或角位移传感器也可能是绝对、半绝对或增量位移传感器。
(2)模拟式和数字式位移传感器:
模拟传感器——传感器输出信号的强度产生连续的、逐渐的变化。
数字位移传感器——工作台位置变化时，位移传感器以电脉冲的形式产生一个数字式输出信号。根据机床的最小设定单位，每移动相应的距离就产生一个脉冲。
(3)绝对、半绝对及增量位移传感器:
绝对、增量传感器产生的信号，前者是一个绝对的位置数据.后者是相对于上一个位置的增最(相对)数据。半绝对位移传感器大部分使用绝对角位移传感器测量丝杠的角位移，为了得到工作台的直线位移，需要采用一些附加的方法测定丝杠旋转的圈数。
2.精度的概念精度和分辨率
是描述传感器件性能的重要指标。传感器件的测量精度是其可以一致的、重复测出的最小单位；分辨率是指传感器件能辨别的一个物理量等分后的最小单位。无论是直线位移传感器还是角位移传感器，精度都是指其测量工作台位移的精度，而不是传感器的分辨率。另一方面，测量的精度并非工件的加工精度，工件的加工精度受很多因素的影响。
3.光栅位移检测装置光栅位移传感器
基于莫尔条纹和光电效应将位移信号转变为电信号，有直线光栅和困光栅两种类型。光栅位移检测装置的测量精度高，在大量程测长方面其精度仅低于激光式的测量精度；而对要求整困范围内高分辨率的困分度测量来说，光栅式测量装置是精度最高的一种。
传感器与检测技术阶段测评
1.传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的工作量程愈大
2.光栅式位移传感器可以测量角位移
3.变气隙型位移传感器的自感L与气隙厚度$delta$的关系是非线性关系
4.电容式位移传感器不能测量瓦斯浓度
5.在直线式感应同步器中，固定绕组为定尺且绕组是连续的
6.半导体应变片的工作原理是基于压阻效应
7.压电式压力传感器不适于测量静态力
8.在压电式压力传感器中，压电元件能将被测量转换成电荷或电压输出
9.常用于测量大位移的传感器有感应同步器
10.变极距型电容位移传感器只能用于测量小位移
11.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的分辨力越高
12.线性电位计的电压灵敏度为$K_u$,电刷位移为x，则其输出的空载电压为$U_o=K_ux$
13 .当压磁元件受外力作用时，磁力线分布呈椭圆形
14.金属电阻应变片受力会产生电阻值的变化，其主要原因是电阻丝的几何尺寸变化
15.旋转式感应同步器可以测量角位移
16.对于压磁式力传感器，所加外力愈大，则二次绕组中感应的电动势愈大
17.传感器的主要功能是感受被测量
18.属于传感器静态特性指标的是量程
19.应变仪电桥的四臂工作方式中，其输出电压$U_o$为$U_iKepsi$
20.测量液面高度的电容式液位计属于何种电容位移传感器变介质型
21.温度反映了物体内部分子运动剧烈的程度
22.可用于医疗上$-50^oC~150^oC$之间温度测量的传感器是半导体三极管
23.由于热电光导摄像管的信号比可见光弱一个数量级，必须采用 信噪比高 的前置放大器。
24.利用环型干涉原理来测量的陀螺式角速度传感器是激光陀螺式
25.热电偶的T端称为工作端
26.半导体硅流速传感器工作时，输出信号值的大小与下列何值成正比流速的平方
27.在压电式加速度传感器中，将被测加速度转变为力的是质量块
28.人工视觉系统图像处理中，对像素信息进行编码的作用是传输和存储信息
第３Ｏ卷第４期 ２００８年８月 电气电子教学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＥＥ Ｖｏ【．３Ｏ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２００８ 光栅数字位移传感器的教学设计
蔡畅，林彬彬，孙建华 （海军大连舰艇学院装备系统与自动化系，辽宁大连１１６０１８） 摘要：光栅数字位移传感器对学生理解传感器和测试技术的基本原理以及光电传感器的应用都起着很关键的作用。文章基于启发模式进行 了光栅数字位移传感器这一部分内容的教学设计，对教学中各个环节的实施方法进行了分析，最后总结了这种课堂设计形式的效果和对其他 类似学科知识教学的借鉴意义。 关键词：光栅；启发式教学 中图分类号：ＴＰ２１２；Ｇ６４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０６８６（２００８）０４—０１ ０２—０２ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｎｕｍｅｒｉｃ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ＣＡＩ Ｃｈａｎｇ，ＬＩＮ Ｂｉｎ－ｂｉｎ，ＳＵＮ Ｊｉａｎ－ｈｕａ （ＥｑｕｉｐＳｙｓｔｅｍ ａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＤａｌｉａｎＮａｖａｌＡ（ａｄｅｍｙ，Ｄｉｌｉａｎ １１６０Ｉ８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒａｔｉｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｍａｋｅｓ ａ ｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒ，ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃｏｕｒｓｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｓｔｕｄｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｋｅｓ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｇｒａｔｉｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅ ｏｎ ｅｌｉｃｉｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｔａｃｈｅ ｉｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ａｔ ｌａｓｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅａｎｉｎｇ ｔｏ ｅｌｓｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｕｂｊｅｃｔ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｔｉｎｇ；ｅｌｉｃｉｔａｔｉｏｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ 光栅数字位移传感器是传感器与测试技术方向 课程教学中一个重要的内容，对学生理解传感和测 试技术的基本原理以及光电传感器的作用都起着很 关键的作用。光栅数字位移传感器空间结构复杂、 测量位移的原理和后端处理电路先进，而这三个部 分相互联系且各为基础。用纸质教材表达不够直 观，必须设计一个好的多媒体课件和教学方法能有 效改善学生理解。本文分析了基于启发式的光栅数 字位移传感器教学，设计了这～部分内容的讨论式 教学模式，课堂教学取得了很好的效果。 １教学总体设计 现在介绍一个教学过程：光栅数字位移传感器 的设计过程。课堂教学采用讨论式教学方式。教学 的基本过程如下：①教师介绍位移测量背景知识，提 出工程任务和设想；②学生分组讨论并提出设计思 想；③师生互动将设计思想转化为具体方案；④进一 步介绍相关的背景知识，并由此分析方案的可行性， 进一步提出设计问题；⑤学生分组讨论提出改进方 案；⑥教师总结并完善设计方案。 ２教学具体设计 （１）介绍位移测量背景知识，提出工程任务 首先对位移测量的种类和重要性进行介绍后，介 绍光电鼠标中直射式光电转速传感器如何利用光电传 感器测量其中转轴的旋转角度和旋转速度，提出是否 收稿日期：２００８—０３—０３；修回日期：２００８—０６ ２５ 第一作者：蔡畅（１９８０一），男，硕士，助教，主要研究方向为测试、可靠性，Ｅ－ｍａｉ
