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光栅传感器的结构和原理

关键词:光栅 传感器 发布时间:2017-03-23 10:04:56 点击:
        (一)光栅传感器的结构
         光栅传感器的结构均由光源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件这几个主要部分构成。
         1、光源
          钨丝灯泡,它有较小的功率,与光电元件组合使用时,转换效率低,使用寿命短。半导体发光器件,如砷化镓发光二极管,可以在 范围内工作,所发光的峰值波长为 ,与硅光敏三极管的峰值波长接近,因此,有很高的转换效率,也有较快的响应速度。
        2、光栅付
        由栅距相等的主光栅和指示光栅组成,指示光栅比主光栅要短很多。
主光栅和指示光栅相互重叠,但又不完全重合。两者栅线间会错开一个很小的夹角 ,以便于得到莫尔条纹。一般主光栅是活动的,它可以单独地移动,也可以随被测物体而移动,其长度取决于测量范围。指示光栅相对于光电器件而固定。

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        3、通光孔
        通光孔是发光体与受光体的通路,一般为条形状,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。它是帖在指示光栅板上的。
         4、受光元件
         受光元件是用来感知主光栅在移动时产生莫尔条纹的移动,从而测量位移量。在选择光敏元件时,要考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性、体积等因素。
        (二)莫尔条纹的形成和特点
         1、长光栅的莫尔条纹
         栅距相等的主光栅和指示光栅,在相距为其刻线面相对地重叠在一起,主光栅面与指示光栅面间留有距离为 的间隙,且主光栅与指示光栅错开一个很小的角度 ,由于光的干涉效应,就会产生几乎垂直于栅线的明暗相间的条纹,两光栅线彼此重合,光线从间隙中通过,形成光亮带;两光栅线彼此错开,光线就被遮档不能通过,形成光暗带。这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹随主光栅与指示光栅的相对左右移动而上下移动,莫尔条纹移动方向与光栅移动方向及主光栅和指示光栅的夹角。
由于莫尔条纹的方向与光栅移动的方向相差 ,即近似与栅线方向垂直,所以又称为横向莫尔条纹。横向莫尔条纹有          如下重要特点:
        (1)平均效应
         莫尔条纹是由大量栅线形成的,对光栅线的刻划误差有平均的作用,因而能在很大程度上消除短周期误差对测 量精度影响。
         (2)对应关系
        两光栅沿与栅线垂直方向相对移动时,莫尔条纹沿栅线方向移动。两光栅相对移动一个栅距 ,莫尔条纹对应地移动一个条纹间距 。利用这一严格一一对应关系,光电元件就能接收到对应的条纹数目,也就感知到了主光栅的位移量。
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