一般常用的光栅是在玻璃上雕刻大量的平行痕迹,痕迹是不透明部分,两个痕迹之间的光滑部分可以透明,相当于 狭缝。精制光栅,1CM有成千上万的雕刻在宽度内。
这种使用透射光衍射的光栅称为透射光栅,以及使用两个标记之间的反射光的光栅。例如,许多平行标记刻在镀有金属的表面,两个标记的光滑金属表面可以反射光,这成为一个反射光栅。光栅形成的折叠条纹具有光学放大和误差平均效应,可以提高测量精度。
光栅传感器由四尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统统和测量系统。与指示光栅相比,标尺光栅移动时便于移动 形成明暗叠栅条纹,大致按正弦规律分布。
这些条纹以光栅的相对运动速度移动,并直接照射到光电元件上,在其输出端获得一系列电脉冲,通过放大、塑料、方向识别和计数系统直接显示被测位移。
光栅传感器的结构及原理
光栅传感器的结构由光源、主光栅、指示光栅、通光孔和光电元件组成。
1、光源:钨丝灯泡功率小,与光电元件结合,转换效率低,使用寿命短。砷化镓发光二次管等半导体发光器件可在范围内工作,峰值波长接近硅光敏三极管,转换效率高,响应速度快。
2、光栅支付:由相等的主光栅和指示光栅组成。主光栅与指示光栅重叠,但不完全重叠。为了获得莫尔条纹,格栅线之间有一个非常小的窄角。一般来说,主光栅是可移动的,它可以单独移动或与被测物体一起移动,其长度取决于测量光栅。指示光栅与光电设备相比固定。
3、通光孔:通光孔是发光体和受光体的通道,一般为条形,其长度由受光体的排列长度决定,宽度由受光体的大小决定。它贴在指示光栅上。
4.受光元件:受光元件用于感知主光栅在移动过程中产生的莫尔条纹的移动,以测量位移。在选择光敏元件时,应考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性、体积等因素。
将主光栅与标尺光栅重叠,两者之间保持很小 间隙使两个光栅的刻线之间有一个小夹角θ,如图所示。
当有光源照射时,由于挡光效应(对刻线密度 ≤50条/mm光栅)或光的衍射(对刻线密度 ≤100条/mm光栅),在大致垂直于光栅刻线的方向上形成明暗条纹。
在两个光栅的刻线重叠处,光通过缝隙形成亮带;在两个光栅刻线错开的地方形成暗带;这些明暗条纹称为莫尔条纹。
莫尔条纹与格距W和两光栅线之间的间距θ(单位为rad)关系是
(K称为放大倍数)。
当指示光栅不动时,主光栅的刻线与指示光栅的刻线始终保持夹角θ,当主光栅的垂直方向相对移动时,莫尔条纹会沿着光栅的方向移动;光栅反向移动,莫尔条纹也反向移动。
每次主光栅移动一个栅距W,莫尔条纹也相应移动一个间距S。因此,光栅的大小和方向可以通过测量莫尔条纹的移动来测量,这比直接测量光栅容易得多。
当主光栅沿垂直方向移动格栅距离W时,莫尔条纹移动条纹间距。当两个光栅刻线夹角θ从上述公式可以看出,W一定时,θ越小。B越大,相当于放大1/的栅距Wθ倍。因此,莫尔条纹的放大倍数相当大,可以实现高灵敏度的位移测量。
莫尔条纹是由光栅的许多刻线形成的,对刻线误差有平均效应,可以在很大程度上消除刻线误差造成的局部和短周期误差的影响,可以达到比光栅本身更高的刻线精度。因此,测量光栅特别适用于小位移和高精度位移测量。
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