电子器件

光栅传感器的原理结构介绍

  一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成,刻痕为不透光部分,两刻痕之间的光滑部分可以透光,相当于一狭缝。

  精制的光栅,在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。

  这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅,还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅;

  如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕,两刻痕间的光滑金属面可以反射光,这种光栅成为反射光栅。

  由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应,因而能提高测量精度。

  光栅由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。

  标尺光栅相对于指示光栅移动时,便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。

  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;

  在它们的输出端得到一串电脉冲,通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出,直接显示被测的位移量。

  光栅传感器的结构及工作原理

  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,可以在范围内工作,所发光的峰值波长为,与硅光敏的峰值波长接近;

  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。

  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。

  将主光栅与标尺光栅重叠放置,两者之间保持很小的间隙,并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角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的光栅)或光的衍射作用(对刻线密度≥100条/mm的光栅),与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。

  在两光栅的刻线重合处,光从缝隙透过,形成亮带;

  在两光栅刻线的错开的地方,形成暗带;这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。