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一、光栅的分类 光栅是光栅 传感器中的主要元件，在长度和角度测量中应用的光栅，常称为计量光栅。 （一）以光线走向分类 1、透射光栅 在透明的玻璃上均匀地刻划间距和宽度相等条纹而成的光栅称为透射光栅。如图1—（a）所示。 2、反射光栅 在具有强反射能力的基体上，均匀地刻划间距和宽度相等条纹而成的光栅称为反射光栅。如图1—（b）所示。 （二）以物理原理分类 1、黑白光栅 又称为幅值光栅。有透射式和反射式。黑白透射光栅是在玻璃表面，刻划成一系列平行等间距的透光缝隙和不透光的栅线。如图2所示。在Ⅰ的放大部分中，a表示条纹的宽度；b表示刻线的间距； 表示栅线，又称为光栅常数。黑白反射光栅是在金属的镜面上刻成全反射和漫反射间距相等的条纹。 2、相位光栅 又称为衍射光栅，栅线形状如图3所示。 为光栅常数。斜面倾角光栅材料的折射率和入射光的波长来确定。相位透射光栅应用较少，相位反射光栅适用于作精密测量之用。栅线密度较高，一般为每毫米100~2800条。 （三）以外形和用途分类 1、长光栅 主要用于测量长度。光栅条纹密度有每毫米25、50、100、250条几种。并有透射式和反射式；也有黑白和相位的。 2、圆光栅 1）径向光栅 径向光栅的栅线延长线全部都通过圆心。如图4—（a）所示。 2）切向光栅 切向光栅的栅线延长线全部与一个同心小圆相切，同心小圆的直径较小。如图4—（b）所示。 圆光栅主要采用透射方式。 二、光栅传感器的结构和原理 （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，两者距离为 。式中 ——栅距、 ——光源有效波长。 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。 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，如图5所示。在a — a线上，两光栅线彼此重合，光线从间隙中通过，形成光亮带；在b — b线上，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关系如表1所示。 莫尔条纹间距与栅距 、光栅夹角 的关系可由图6中的△ABC求出得到，即： 图5 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）放大作用 由于 角很小，从式 ，可以看出光栅有放大作用。放大系数为： 。由于 可以很小，因而 值可以很大。栅距 很小，很难观察，而莫尔条纹却明显可见，因此便于观察。 （3）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。 下载地址： | 
发表于 2015-6-1 08:29:50
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发表于 2015-6-1 20:41:36