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文档简介

传感器技术与应用

8.3光栅式传感器光栅是一种光学元件，用于测量的光栅称为计量光栅。

光栅式传感器的特点：精度高；可实现动态测量；大量程测量兼有高分辨率；

具有较强的抗干扰能力。光栅是光栅尺的简称。光栅尺是一块尺子，尺面上刻有排列规则和形状规则的刻线。光栅式传感器主要用于高精度的机械位移测量以及精密测量系统的传感装置。根据光栅用途的不同，可将光栅尺分为长光栅尺（用作线值测量），圆光栅盘。长光栅，用于长度或直线位移的测量，刻线相互平行；圆光栅，用来测量角度或角位移，在圆盘玻璃上刻线；8.3.1计量光栅的种类长光栅尺的设计：8.3.2莫尔条纹在玻璃板上设计，其中透光缝宽为b，不透光线宽为a，一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光的线宽，即a=b。W=a+b光栅栅距图中W=a+b，称为（光栅节距或光栅常数）。光栅栅距是光栅尺的重要参数。形成莫尔条纹的光学原理莫尔条纹通常是由两块光栅（标尺光栅、指示光栅）叠合而成的，为了避免摩擦，光栅之间留有间隙，两光栅的栅线透光部分与透光部分叠加；光线透过透光部分形成亮带；光栅不透光部分叠加，互相遮挡，形成暗带。这种由光栅重叠形成的光学图案称为莫尔条纹。8.3.2莫尔条纹

——标尺光栅常数

——指示光栅常数

——两光栅的夹角式中：

长光栅莫尔条纹的周期（条纹间距B）8.3.2莫尔条纹

长光栅横向莫尔条纹

长光栅莫尔条纹的周期（条纹间距B）莫尔条纹的重要特性：运动对应关系：主光栅向右运动一个栅距W1时(W<0.005mm)，莫尔条纹向下移动一个条纹间距B;8.3.2莫尔条纹位移放大作用：两光栅夹角很小，若W1=W2

，莫尔条纹得近似关系B≈W/θ；莫尔条纹放大倍数为1/θ。虽栅距很小但莫尔条纹清楚可见；误差平均效应：莫尔条纹的大栅线对光栅刻划误差有平均作用.光栅测量装置是指利用光栅原理对输入量（位移量）进行转换、显示的整个测量装置。包含三大部分：

光栅传感器构成原理：光栅式传感器又称光栅式读数头，由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。8.3.3光栅传感器光栅光学系统；实现细分、辨向和显示等功能的电子系统；相应的机械结构。光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。指示光栅比标尺光栅短得多，但两者一般刻有同样的栅距，使用时两光栅互相重叠，两者之间有微小的空隙。标尺光栅一般固定在被测物体上，随被测物体一起移动，其长度取决于测量范围，指示光栅相对于光电元件固定。光栅读数头两条暗带中心线之间的光强变化是从最暗到渐暗，到渐亮，一直到最亮，又从最亮再到最暗的渐变过程。

式中：

uo

光电元件输出的电压信号；

Uo

输出信号中的平均直流分量；Um

输出信号中正弦交流分量的幅值光栅读数头主光栅移动一个栅距W，光强变化一个周期，若用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化，则将光信号转换为电信号，接近于正弦周期函数。

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