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1、 . 工业化的发展，从机械化发展到自动化，现在已经向智能化、柔性化、信息化与安全生产等方面发展，而旋转编码器，正是这种发展所需要的表现突出的传感器。从旋转编码器的应用看，其既可作为角度传感器，又可间接作为长度传感器，或速度传感器。定位控制，最早是从行程开关开始，而后在接近开关、光电开关中的应用已是相当成熟，且方便易用，为工业从机械化向自动化发展作出了很大的贡献。可是，随着工业控制的不断发展，又有了新的要求，定位控制要智能化、柔性化、信息化并更加具有安全性，这样，绝对值旋转编码器的应用优点便凸显出来：旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合，尤其是绝对值编码器将被更广泛地应用，其发展前景一
2、片光明。旋转编码器未来的技术发展上，在速度传感器使用方面仍然是增量值编码器的应用，伺服电机应用要求编码器有更高的分辨率与精度；变频电机应用要求编码器抗干扰更好，信号传递更远；电梯同步拽引机应用需要正余弦信号的编码器信号曲线精度更高，便于获得细分后的精度。在角度使用方面，例如工业机器人、转台、测试设备与机床等，更倾向于使用绝对值、高精度的编码器，或者编码器成本与使用成本更低的绝对值编码器，可以替换抗干扰性差、停电移动有误差积累的增量值编码器。在长度使用方面，绝对值真多圈编码器将有更大的发展，从数据可靠性、高效稳定与安全性来讲，将逐渐替换增量编码器，成为定位控制的主流，在新增的风力发电、工程机械、
3、港口机械、起重运输、钢铁冶金、水利水电、医疗设备与各种综合性设备等定位控制中，将逐步需要使用旋转编码器，而且首选的将更多的是绝对值编码器。其次，编码器的性能可靠性将越来越重要，由于工业使用领域的扩大，电气条件与使用环境越来越复杂，对于编码器的使用可靠性要求增高，标准工业级的编码器将替代如今大量使用的经济级编码器，可靠又经济的工业等级编码器品种，会受到用户的欢迎。而对于绝对值编码器，另一个使用门槛是使用便利性，输出信号开放且通用性强，便于客户使用而将受到用户欢迎，发展空间广阔。目前，以莫尔条纹技术为基础的光栅线性位移传感器发展十分迅速，光栅长度测量系统的分辨率达到纳米级，测量精度已达0.1um，
4、已成为位移测量领域各工业化国家竞争的关键技术。它的应用非常广泛，几乎渗透到社会科学中的各个领域，如机床行业、计量测试部门、航空航天航海、科研教育以与国防等各个行业部门。 本文首先详细阐述了莫尔条纹的形成机理，当计量光栅为粗光栅时，莫尔条纹形成机理用遮光阴影原理解释，当计量光栅为细光栅时，则用衍射干涉原理解释。然后系统介绍了基于莫尔条纹技术的光电测量仪器的设计原理，它由光栅读数头和对莫尔条纹信号进行处理的电子学部分组成，光栅读数头包括光栅副，光电接收元件，由光源和准直镜组成的照明系统，以与必要的光阑、接收狭缝、调整机构等。最后提出了基于光栅莫尔条纹干涉计量技术的一种新的应用，即把光栅线性位移传感
5、器应用在数字读数显微镜上，数字读数显微镜包括光学系统、控制与显示系统、CCD摄像机与显示器四部分，其中，控制与显示系统是设计的核心模块，是基于FPGA技术实现的，它包括倍频鉴相模块、可逆计数模块、显示控制和显示接口模块。 经过大量的理论研究和实践测试工作，我们已经把光栅莫尔条纹技术成功地应用在数字读数显微镜上，实现了对被测物体线性位移的精密测量，测量分辨率达到0.5um，测量精度达到1um。设计中用CCD摄像头代替目镜可以避免传统的肉眼观察的不便。基于单片机和光栅传感器的位移测量系统简介：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
6、到了广泛的应用1，2。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 .关键字：光栅传感器，位移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1，2。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3。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
7、言实现。 1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。11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。12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
8、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。13细分与辨向电路131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个硅光电池的宽度一样。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。132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
9、路的如图3所示。图中u1，u2和u3，u4分别通过一样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。14LED显示本文采用动态4位显示。第1位为符号为，莫尔条纹上移为正，下移为负；第2，3位为整数位；第4位为小数位。将所有的段选线并联在一起，由单片机的P1口控制，而共阴极公共端分别由P30，P31，P32
10、，P33控制，实现各位分时选通。2软件部分软件部分主要有采集子程序、数据处理和显示子程序组成4。 采集子程序完成对计数值的读入和转化；数据处理子程序完成对采集数据的线形化处理；显示子程序对结果进行循环显示。程序的流程如图4所示。3结语本文中，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；采用8253的2个计数器分别对正反两路信号进行计数，然后，用89C51单片机进行数据处理，送到显示器显示。硬件结构简单、成本低、工作可靠、精度比较高；软件采用汇编语言实现，程序简单、可读性强、效率高。被过滤广告被过滤广告摘要：提出了一种基于
11、AT89C51单片机开发的光栅位移传感器对线性位移进行测量的方法。其硬件设计包括数据采集、辨向、数据处理和数据显示。把读数头输出的信号（脉冲电信号），经过硬件电路辨向，送入计数器8253计数，利用AT89C51单片机进行信号处理，最终转换成实际的线性位移值显示出来。与其他系统相比，他的硬件电路简单，并能实现较高的位移测量精度。关键词：光栅位移传感器；光栅；单片机；细分与辨向电路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1，2。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
12、光栅相砸贫奈灰屏浚?。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。11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
13、是4个硅光电池。12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。13细分与辨向电路131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个硅光电池的宽度一样。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。132辨向电路位移除了有大小的
14、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分别通过一样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
15、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。14LED显示本文采用动态4位显示。第1位为符号为，莫尔条纹上移为正，下移为负；第2，3位为整数位；第4位为小数位。将所有的段选线并联在一起，由单片机的P1口控制，而共阴极公共端分别由P30，P31，P32，P33控制，实现各位分时选通。2软件部分软件部分主要有采集子程序、数据处理和显示子程序组成4。采集子程序完成对计数值的读入和转化；数据处理子程序完成对采集数据的线形化处理；显示子程序对结果进行循环显示。程序的流程如图4所示。3结语本文中，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；采用8253的2个计数器分别对正反两路信号进行计数，然后，用89C51进行数据处理，送到显示器显示。硬件结构简单、成本低、工作可靠、精度比较高；软件采用汇编语言实现，程序简单、可读性强、效率高。参考文献1克非，春林，等光栅位移传
