一种新的光栅微位移测量方法的研究
光栅尺位移传感器原理
光栅尺位移传感器原理
光栅尺位移传感器是一种常用的测量设备，其工作原理基于光的干涉原理。
该传感器由一对平行的光栅组成，一个光栅作为参考，另一个光栅与被测物体相连，用于测量物体的位移。
当光经过两个光栅之间的空隙时，光波会发生干涉。
依据干涉原理，当两束波长相同、频率相同的光线相遇时，它们会相互干涉产生干涉条纹。
根据干涉条纹的间距变化，可以推测出物体的位移。
当物体发生位移时，连接在物体上的光栅也会随之移动。
这会导致光栅间的间距发生变化，从而改变干涉条纹的间距。
传感器通过检测干涉条纹的间距变化，可以准确测量物体的位移。
为了检测干涉条纹的变化，传感器通常使用光电检测器来接收通过光栅传递的光信号，并将其转换为电信号。
经过放大和处理后，电信号可以被转化为数字信号，从而实现对位移的测量。
光栅尺位移传感器具有高精度、高分辨率和良好的稳定性等优点，因此在许多领域中得到广泛应用。
例如，它常用于机械加工、自动化控制、精密测量等领域，用于准确测量物体的位移和运动状态。
应用光栅刻线与CCD测量运动位移的研究
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光栅测量位移的原理
光栅测量位移的原理首先是干涉原理。
当一束入射光线照射到光栅上时，光将会在透明条纹和不透明条纹之间发生干涉。
因为光栅上的条纹等间距，入射光线会被光栅分成多个子光线，每个子光线都会与光栅上的一条条纹发生干涉。
这些干涉会产生一系列衍射光点，形成干涉图。
其次是衍射原理。
当一束入射光线通过光栅上的条纹时，会发生衍射现象。
衍射产生的衍射角度与光栅的条纹间距有关。
因此，通过测量衍射角度，可以确定物体相对于光栅的位移。
基于以上两个原理，光栅测量位移的原理可以被描述如下：1.入射光线通过光栅：将一束入射光线照射到光栅上，光线会分成多个子光线，并在光栅上形成干涉图。
2.干涉图的形成：子光线与光栅上的条纹之间发生干涉，形成一系列衍射光点。
这些光点形成干涉图，可以被观察到。
3.位移的影响：当测量的物体发生位移时，物体相对于光栅的位置也会发生变化，进而改变入射光线与光栅的相对位置。
4.衍射角度的测量：位移导致入射光线与光栅的相对位置变化后，新的入射光线将会产生新的干涉图。
通过测量新的干涉图中的衍射角度变化，可以确定位移的值。
5.位移计算：在已知光栅的结构参数（如条纹间距）的情况下，通过衍射角度与位移之间的关系，可以计算出位移的具体数值。
需要注意的是，光栅测量位移的精度受到很多因素的影响，如光栅的条纹间距、光源的波长、检测器的分辨率等。
为了提高测量的精度，通常需要采用一些增强技术，比如使用激光作为光源、采用高分辨率的检测器等。
总结起来，光栅测量位移的原理基于干涉和衍射现象。
通过测量入射光线经过光栅后形成的干涉图的特征（如衍射角度），可以确定位移的值。
光栅测量位移的原理在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。
光栅尺原理及其应用
光栅尺原理及其应用光栅尺（Grating ruler）是一种光学测量仪器，其原理是利用光的干涉和衍射现象进行距离、角度和位移的测量。
光栅尺广泛应用于工程测量、机床控制、精密机械、光学仪器等领域。
光栅尺的原理是基于衍射和干涉现象。
光栅尺由一条分有许多等距的刻纹线的刻度尺组成，刻度线被均匀间隔的切割成小块，形成一系列等宽的透光条纹。
当入射光通过光栅尺时，每个透光条纹会发生衍射和干涉，形成衍射光栅，根据衍射光栅的模式，可以测量出光栅尺相对运动的距离、角度和位移。
光栅尺的应用主要有以下几个方面：1.机床控制：光栅尺广泛应用于机床的位置和位移测量。
光栅尺可以安装在机床上，通过测量光栅尺与工作台、刀架等物体的相对位置和位移来控制机床的运动。
由于光栅尺具有高精度、高分辨率和稳定性好等特点，因此可以实现精密机床的高速和高精度控制。
2.工程测量：光栅尺在工程领域常用于长度、角度和位移的测量。
例如，用光栅尺测量建筑物的长度、角度和水平度等参数，或者测量机械零件的尺寸和位置等。
由于光栅尺具有高测量精度和可靠性，可以满足工程测量中对精度和稳定性的要求。
3.光学仪器：光栅尺广泛应用于光学仪器中。
例如，用光栅尺测量显微镜中物体的尺寸和位置，或者用光栅尺测量光学元件的角度和偏移等。
由于光栅尺具有高分辨率和稳定性，可以提高光学仪器的测量精度和可靠性。
4.科学研究：光栅尺在科学研究中也有广泛的应用。
例如，用光栅尺测量物体的动态参数，如振动和加速度等。
光栅尺可以将物体的运动转化为光学信号，通过对光学信号的处理和分析，可以得到物体的运动参数。
由于光栅尺具有高灵敏度和快速响应的特点，可以满足科学研究中对运动参数测量的要求。
总之，光栅尺原理基于光的干涉和衍射现象，通过测量衍射光栅的模式，可以实现对距离、角度和位移等参数的测量。
光栅尺广泛应用于机床控制、工程测量、光学仪器和科学研究等领域，具有高精度、高分辨率和稳定性好等特点，可以满足各种领域中对测量精度和可靠性的要求。
物理实验技术中的位移测量方法与技巧
物理实验技术中的位移测量方法与技巧在物理实验中，位移测量是非常重要的一项工作。
无论是研究物体的运动，还是测量材料的性能，位移测量都扮演着关键的角色。
本文将介绍一些常用的位移测量方法与技巧。
1. 光栅测量法光栅测量法是一种基于光学原理的位移测量方法。
利用光栅的特性，可以将位移转化为光强的变化。
通过测量光强的变化来得到位移的大小。
这种方法具有分辨率高、精度高的特点。
在实际应用中，常常使用光电二极管或光敏电阻来接收并转化光强的变化信号。
2. 激光干涉法激光干涉法是一种常用的位移测量方法。
它利用激光的相干性原理来测量两个相邻位置之间的位移。
通过将激光分为两束，分别照射到待测物体上，然后再将两束光进行干涉，通过测量干涉条纹的变化来得到位移的大小。
激光干涉法具有高精度、非接触等优点，广泛应用于工业制造、材料研究等领域。
3. 压电传感器压电传感器是一种常用的位移测量设备。
它利用压电材料的特性来实现位移的测量。
当压电材料受到外界力的作用时，会产生电荷的积累，通过测量电荷的变化来得到位移的大小。
压电传感器具有高灵敏度、快速响应等特点，广泛应用于机械工程、材料科学等领域。
4. 电容位移传感器电容位移传感器是一种常见的位移测量设备。
它利用电容的变化来实现位移的测量。
当电容器的电极之间发生位移时，电容的数值会发生变化。
通过测量电容的变化来得到位移的大小。
电容位移传感器具有广泛的测量范围、高分辨率等特点，常用于位移测量和控制领域。
5. 实验技巧在进行位移测量实验时，还需要注意一些实验技巧，以确保测量结果的准确性和可靠性。
首先，要保证测量设备的稳定性，包括测量仪器的固定、电源和线路的稳定等。
其次，要校准测量设备，以确保测量结果与实际位移一致。
并且，在进行测量时，应尽量减小系统误差，例如避免测量设备与被测物体之间的摩擦、振动等。
总结：位移测量是物理实验中不可或缺的一项技术。
通过本文介绍的光栅测量法、激光干涉法、压电传感器、电容位移传感器等常用的位移测量方法，可以更加准确地获得位移信息。
物理实验技术中的位移测量使用方法
物理实验技术中的位移测量使用方法引言物理实验中，位移测量是非常重要的一项技术，它可以帮助我们准确地测量物体在空间中的位置变化。
不同的实验需要不同的位移测量方法，本文将为大家介绍一些常见的物理实验中的位移测量使用方法。
一、光电法光电法是一种常见的位移测量方法，它利用光束的投射和接收来测量物体的位移。
该方法基于光电效应，通过光电传感器接收光束反射回来的光信号，进而计算物体的位移。
光电法测量位移快速准确，广泛应用于各种实验中，例如光栅移位传感器用于测量光栅条纹的位移。
二、激光干涉法激光干涉法是一种高精度的位移测量方法。
它利用激光光束的干涉现象来测量物体的位移。
将一束激光光束分成两束，分别照射到被测物体上，通过干涉效应，可以测量出物体的微小位移。
激光干涉法在实验室中广泛应用，例如在微纳尺度测量和光学仪器校准中。
三、位移传感器位移传感器是物理实验中最常用的位移测量设备之一。
位移传感器可以通过测量物体的伸缩变化、电容变化、电感变化等来获得位移信息。
它们通常由传感器头和信号处理部分组成。
常见的位移传感器有电容传感器、电感传感器和线性变阻传感器等。
根据实验需求，可以选择不同类型的位移传感器来实现高精度的位移测量。
四、高速相机法高速相机法是一种用于测量物体运动位移的方法。
它通过使用高帧率的相机来捕捉物体连续的图像。
通过分析这些图像中物体的移动情况，可以推算出物体的位移。
高速相机法在物理实验中广泛用于研究快速运动的物体，例如高速冲击试验和流体动力学研究。
五、声波测距法声波测距法是一种基于声音传播速度的位移测量方法。
它通过发射声波并接收反射回来的声波来测量物体的位移。
声波的传播速度是已知的，通过计算声波发射时刻与接收时刻的时间差，可以准确测量出物体的位移。
声波测距法广泛应用于工业领域和物理实验中的位移测量。
结论位移测量是物理实验中不可或缺的一项技术，通过光电法、激光干涉法、位移传感器、高速相机法和声波测距法等不同的测量方法，我们可以获得准确的位移数据。
光栅位移传感器原理及使用方法
光栅位移传感器原理及使用方法光栅位移传感器是一种常见的测量设备，通过利用光学原理来测量物体的位移或位置变化。
它能够实时、精确地测量物体的位置，并将测量结果转换为电信号输出。
在许多领域中，如机械制造、自动化控制、航天航空等，光栅位移传感器都发挥着重要作用。
光栅位移传感器的原理是利用光的衍射现象。
它由一个固定的光源和一张带有光栅的光学元件构成。
当物体移动时，它所接收到的光栅光的衍射图样也会随之发生变化。
这些变化可以被传感器捕捉到，并转化成电信号输出。
通过分析和处理这些电信号，我们可以得到物体位移或位置变化的信息。
使用光栅位移传感器时，首先需要将传感器固定在被测量物体上。
然后，将传感器与电源和数据采集设备连接好。
在连接完成后，我们可以通过设备上的控制面板或软件设置一些参数，如灵敏度、采样率等。
在实际测量中，首先需要对传感器进行校准。
一般来说，校准是在已知物体位移的情况下进行的。
通过将传感器测量值与实际位移进行对比，可以得出一个校准曲线或公式。
这样，在未知位移的情况下，传感器就可以通过测量值计算出物体的位移或位置。
在光栅位移传感器的使用中，要注意一些关键点。
首先，传感器要与被测量物体保持良好的接触和固定，以避免测量误差。
其次，传感器的工作环境要尽量避免干扰，如强光、震动等，以确保测量精度。
另外，定期对传感器进行检测和维护，可以延长其使用寿命和保持测量精度。
总之，光栅位移传感器是一种准确、可靠的测量设备。
它的原理基于光学衍射，通过捕捉光栅图案的变化来测量物体的位移或位置变化。
在使用光栅位移传感器时，需要进行校准，并注意传感器与被测物体的良好接触、工作环境的干扰以及定期检测和维护。
通过合理使用和管理，光栅位移传感器可以为各个领域的测量需求提供准确和可靠的数据支持。
光栅式位移测量
光栅式位移测量欣欣机械学院摘要光栅是高精度位移测量元件，它与数字信号处理仪表配套，组成位移测量系统，被广泛地应用于数控机床等自动化设备当中。
光栅测量位移的原理主要是利用光栅莫尔条纹原理来实现的.本文主要介绍了光栅的测量位移原理以及几种干涉的测量方法，有助于简单了解光栅式位移测量。
关键词光栅莫尔条纹辨向光栅干涉1 引言随着人们对大量程、高分辨力和高精度的测量要求的不断深化，光栅位移测量技术正在受到越来越广泛的重视。
相比于其它高精度位移测量方法，光栅位移测量在结构、光路、电路和数据处理方面都比较简单、紧凑，整个系统体积小、成本低、易于仪器化、适合于推广应用；同时，它以实物形式提供测量基准，既可以采用低热膨胀系数的石英或零膨胀玻璃等材料作为基体，也可以采用具有和钢等材料非常接近的热膨胀系数的玻璃或金属材料作为基体，稳定可靠，零点漂移极小，对环境条件的要求低，对实验研究及工程应用都非常方便，在位移测量领域具有广阔的发展前景。
传统的光栅测量系统一般是采用接受光栅副的莫尔条纹信号，然后进行电子细分和处理来实现位移量的测量。
但此类基于光强幅度调制的测量系统，为达到信噪比很大的稳定输出，必须使得经莫尔条纹产生的光电输出电压的交变成分幅值尽可能大。
这就要求标光栅和指示光栅之间的距离必须很小且稳定。
中间不能有异物而生产现场环境恶劣，常常会因为污染而使传感器信号变坏，甚至不能工作。
粗光栅位移测量系统继承了传统光栅测量的优点，同时又改进了它的不足。
它采用栅距为0.635mm的反射式粗线纹光栅尺光学系统设计成物方远心光路，取消了指示光栅这种系统中光栅尺不用密封。
传感头与光栅尺之间工作间隙为15mm左右，表面不怕沾有油或水。
同时由于其具有自对准特性加之线纹间距大，因而具有接长方便的特点。
特别适用于需要进行大范围测量和定位的各种大中型数控机床。
2 光栅式位移测量分析2．1光栅测量原理2．1．1光栅的分类和结构光栅种类很多，可分为物理光栅和计量光栅。
一种基于光栅计量原理的离层位移测量技术
重 已高达 ６ ％以上 采用锚 杆支 护巷 道 的顶 板 活动 ０ 具 有隐蔽 性 ． 板 的破 坏失 稳具 有突发 性 ， 冒落 规 顶 且
模 较 大Ｉ ｌ Ｊ 。因 此 ． 在采 用 锚 杆 支 护 技 术 的 煤 矿 巷 道
１ 顶 板 离 层 测 量 的基 本 原 理
顶板 离层 狭义 理解为 顶板 岩层 中各分 层层 面间
的相 对 分 离１． 义 的顶 板 离 层 还 包 括 顶 板 岩 层 弹 ３广 ］
中． 巷道顶 板 的离 层位 移需要 随 时进行 监测 ， 以便及
时将锚 杆 长度范 围 以内和锚 杆长度 范 围以外 的顶板
塑性 变形 、 扩容 变形 、 碎胀 变形 、 曲变 形等１ 折 ４ ］ 。顶板
离层 是 地应 力 、 围岩力 学性 质 、 围岩 体结 构 、 杆加 锚
默 顾 删 胎导 巷 挑 删 硐 固 羹 熟 加 酱 棚抛 硼
图 ３ 刷 大 切 眼支 护 作 者 简 介 ： 红 光 （９ ０ ） 男 ， 董 １ ７ 一 ， 安徽 淮北 人 ，９ １ 毕 业 １９ 年
现 场实 际情 况 ． 采用 木 垛加 固 ， 小木 垛 间距 ， 木 缩 将
一
币 基于光栅计量原理的 离层位 移测量技 中
刘 庆， 安里千， 毛灵涛， 峰 魏
（ 国矿 业 大 学 力 学 与建 筑 ｌ 学 院 ， 京 中 Ｔ程 北 １０ ８ 是锚杆 支 护监测 最重 要 的 内容之 一。 总结并 分析 了现今 顶板 离层 测量方
数设定 是否 合理 ．巷道 在使 用期 间顶板 是否 处于稳 定 状态 ．及 时 了解 巷道顶 板上 覆岩 层裂 隙的位 置和 其 随工 作面 开采推 进过程 中的发育 情况 这些 监测
用激光双光栅法测量微小位移的实验研究
收 稿 日期 ：０ ２ ４ ２ ２ １ —０ —１
作者简介 ： 杨静 （ ７ 一）女 ， １ ４ ， 江西玉山人 ， ９ 上饶师范学院物理系讲师 ， 主要研 究方 向为物理 实验 。
第３ 期
杨
静， 陈晓花 ， 潘
晨： 用激光双光栅法测量微小位移的实验研 究
４ ３
） ，
位相光栅
图 １ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
当激光平面波垂直入射到位相光栅时 ， 由于位相光栅上不同的光密和光疏媒质部分对光 波的位相延迟
作用 ， 使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面 ， 见图 １由于衍射干涉作用 ， ， 在远场 ， 满足光栅方程 ：
ｄｉ０ ｋ ｓ ＝ｎ ｎ 式 中 ｄ为光栅 常数 ，为衍 射 角 ， ０ 为光 波波 长 。 （） １
第 ３ 第３ ２卷 期
２１ Ｏ ２年 ６月
上 饶 师 范 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ Ｈ ＯＦ Ｓ ＡＮＧＲＡＯ ＯＲＭＡ ＵＮＩ ＥＲ Ｉ Ｎ Ｌ Ｖ ＳＴＹ
Ｖ０ ． ２． ｏ． １３ Ｎ ３
Ｊｎ．Ｏ ２ ｕ ２ １
用激光双 光栅法测量微小位移的实验研 究
杨 静 陈 晓花 潘 ， ，
这 些微 弱 振动 的振 幅大小 和频 率高 低 ， 直接 关 系到生 产产 品 的质 量 ， 因此 ， 对这些 微 弱振 动进行 检测 ， 要 以保 证产 品达 到工 程技 术标 准要 求 。一种 利用 光 的多普 勒频 移 形成 光拍 原 理 制 成 的仪 器 ， 正好 可 以解 决这 一 问 题 。该实 验根 据多 普勒 效应 ［２ １］ ．精确 测定 微振 动位 移 ［ ３。 ３ Ｊ 文献 ｃ 光栅法 测 量微小 位移 进行 了研 究 。通 过理论 分 析 和计算 机 模 拟 方法 ， ４ 】 对激 光 双 光栅 法 测 微 小位 移 实验 中 出现 的不 规 则光拍 信号 波形 ， 毛 刺” 即“ 现象进 行 讨论 ， 出 了改进 双 光栅 微 振 动实 验 的方法 ， 获 提 并
一种适合工程应用的新型光纤光栅位移传感器
栅 的波 长 变化 与位 移存在 很好 的 线性 关 系， 并具 有很 好 的重 复性 ， 相对 于解调 仪 的精度 ， 所设 计传
感器 的精 度 为 ０ ０ ｍ 相 关 系数 达到 ０ ９ ９以上 ． ． ８ ｍ， ．９
关键 词 ： 移传 感 器 ；光纤 光栅 ；温度 自补 偿 ；结 构健康 监测 ；工程 结构 位
中图分类 号 ： Ｈ ４ Ｔ ７
文献标 志码 ： Ａ
文章编 号 ： ０ ７ ２ ８ （ ０ ０ ０ — ０ １ ０ １０ — ６ ３ ２ １ ） ５ ０ ６ — ４
Ａ ｎ ｆＮｅ Ｄｉｐａ ｅ ｎ ｅ ｓ ｒＢ ｓ ｄ ｏ ＢＧ ｏ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｋｉｄ ｏ ｗ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔＳ ｎ ｏ ａ ｅ ｎ Ｆ ｆ ｒＥ ｇｎ ｅ ｉ ｎ
一
种 适 合 工 程 应 用 的 新 型 光 纤 光 栅 位 移 传 感 器
何 俊 董惠娟 ， 周 智 张广玉 ， ，
（． １哈尔滨工业大学 机 电工程学 院， 黑龙 江 哈尔滨 １００ ； ５０ １
２ 哈 尔 滨 工 业 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 龙 江 哈 尔 滨 １０ ９ ） ． 黑 ５０ ０
摘
要： 针对 全光 纤结 构健康 监 测 系统 中对 位移 监 测 的 需求 ， 于光 纤 光栅 测要 求 ， 制 出一种 结构 简单 新颖 、 研 位移 测试精 度 高 、 有温度 自补偿 、 具 满足 结构
长期位 移监 测的 新型光 纤光栅 位 移计 ． 并且 对其 灵敏 度 系数 进 行 了标 定． 实验 结 果 来 看 ， 纤 光 从 光
Ｈ ｕ Ｄ ＮＧＨ ｉｕ ｎ ， Ｚ Ｕ Ｚ ｉ， Ｚ Ａ ｕ ｎ —ｕ Ｅ Ｊ ｎ ， Ｏ ｕ－ ａ ｊ ＨＯ ｈ Ｈ ＮＧ Ｇ ａ ｇｙ
双光栅测量微弱振动位移量的实验研究
双光栅测量微弱振动位移量的实验研究范菁津;邱文杰;郑志远【摘要】对于利用双光栅测量微弱振动仪寻找谐振频率、改变配重物体的质量分布对谐振点的影响,驱动电流对谐振点的影响以及一些实验中的技术问题,利用观察法、控制变量法等方法作图,由于谐振点附近拍频波个数变化较大,提高精度可以绘出较准确的谐振曲线并找到较精确的谐振点;通过对比小棒和橡皮泥,得出橡皮泥改变配重物体的质量分布实验效果更明显,排除了小棒颤动的影响;且得出了谐振频率与驱动电流呈正相关的结论.提出对实验中遇到问题的解决方法提高了该实验的准确性,降低实验误差.%For the use of double grating measuring weak vibration meter to find the resonant frequency,change the weight distribution of the mass of the body's influence on the resonant point,the influence of drive current of resonant point and some technical problems in the experiment,using the method of observation and control variable method such as drawing,because the beat frequency near resonance wave number change is bigger,improve accuracy can draw more accurate curve and find more precise resonant point;By comparing the stick and silly putty,silly putty change weight distribution experiment effect is more obvious,the mass of the body ruled out stick fibrillation;And it is concluded that the resonance frequency was positively correlated with the drive current.Put for ward the problems in the experiment of solution to improve the accuracy of the experiment,to reduce experimental error.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】3页(P41-43)【关键词】拍频波;频率;谐【作者】范菁津;邱文杰;郑志远【作者单位】中国地质大学,北京 100083;中国地质大学,北京 100083;中国地质大学,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】O4-34双光栅测量微弱振动位移量的技术广泛应用于精密测量领域。
一种小型化纳米级单光栅位移测量系统的研制
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｎａ ｎ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｙａ ｎ ｇ Ｄｏ ｎ ｇ ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｙａ ｎ Ｓ ｈ ｕ ｈ ｕ ａ ，Ｄ ｕ Ｌｉ ｅ ｂ ｏ，Ｗ ａ ｎ ｇ Ｇｕｏ ｃ ｈ ａ ｏ，Ｌｉ ｎ Ｃｕ ｎ ｂ ａ ｏ，Ｚｏ ｕ Ｐ ｅ ｎ ｇ ｆ ｅ ｉ
也 能 实现 准确 测 量 ， 且 理论 上 系统的 位 移测 量 分辨 率 达到 ｌ ａ ｍ； 在 电容位 移 传 感 器 的量 程 范 围 内进
行 小位 移对 比试验 ， 系统 测量 均值 与参 考值 最 大偏 差 １ １ ８ｎ ｍ， 且与 拟合 直 线偏 差 均 小于 １ ０ ０ ａ ｍ； 当光
杨 东兴 ， 颜 树华 ， 杜 列波 ， 王 国超 ， 林存 宝 ， 邹 鹏 飞
（ 国 防科 学技 术 大学 机 电工 程与 自动 化 学院 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
摘 要 ：随着 纳米技 术 的广泛 应 用以及人 们 对纳 米位 移测 量认 识 的不 断 深化 ，光栅 位 移 测量技 术 正
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｅ ｐ ｅ ｎ ｅ ｄ ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ｎｏ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｎａ ｎ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｉｏ ｔ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ａ ｉ ｄ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ． Ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｘ— ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ，ａ
基于ARM内核微处理器的光栅位移测量系统
１ 光栅位移测量原理
光 栅 系 统 由光 栅 ， 光 源 、 光 路 、
当有光 照时 ，光 线就从两块 光栅刻线 重 合 处 的 缝 隙 透 过 ，形 成 明 亮 的 条 纹 。在 两块光栅 刻线错开 的地 方 ，光
Ｅ ｓ ｅ ｛Ｍｏｒ Ｆｒｎ ｅ； ＾ＲＭ； ＾ ａｔ ｒ ｉｅ ｉｇ ＤＳ１． ２
放大作用 。
敏度最高 ，故通 常都以这些点作 为观
测点 。
入可逆计数器完成记数程序 。本系统在
此环节上采 用 Ａ Ｇ Ｉ 公司的 ＬＥＮ Ｔ ＨＣ Ｌ ２ ３ 大规模集成电路芯片来完 Ｔ 一 ０ ２ 成光栅信号的细分和计数脉冲的计数工 作 。光棚 信号经长线 驱动传 输后 ，传 送到 Ｈ Ｃ Ｌ－ ０ ２的光栅信号输入接 Ｔ ２ ３
光 栅的刻 线之 间有 一很小 的夹 角ｅ ，
Ｏ ｔ ｏｔ ａｅ ａ ｅ Ａ Ｓ１ ８ｐ ｔｏｍ ｃｒ ｎ ｈ ｓｆｗ ｒ ．ｔｋ Ｄ ｅ ．２ ａ ｌ ｆｒ ａｒ ａ ｙ ｏｔ ｔｅ ｍ ｄｔ ｉ ｔ ｎ ｐｏＰ ｎ ｕ ｈ ｏｕ ｒ ａｌ Ｐ ￣ 删 ． ａｚ ｏ Ｅ
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２ ２ 计数 电路 ．、
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ｄ
可 以看出 ，在莫尔 条纹 间距 Ｂ的
１ ４， ３／ ／ ４处信号变化斜率最大 ，灵
光栅信号经过辨别方向和细分后 ， 会产生计数脉冲。计数脉冲经传输后送
由于 ０ 角很小 ，故莫尔条纹 间距 Ｂ远大干光栅栅距 ｄ，即奠尔条纹具有
栅相对移动所形成的莫尔条纹信号为测 镀 有金属 层的玻璃制成 。刻线密 度 由 量对象，对此信号进 行一系列的处理 ，
211002143_大量程高性能光栅位移测量技术
大量程高性能光栅位移测量技术刘林，刘兆武，于宏柱，王玮，姜岩秀，姜珊，孙宇佳，金思宇，梁旭，巴音贺希格，李文昊*（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033）摘要：高精度光栅位移测量系统具有纳米级重复精度、环境适应性强、维度易于扩展等优点，可以满足精密制造行业对米级测量量程、亚微米级精度与多维测量能力融合的测量技术要求，在高端制造、精密仪器等领域有重要应用。
通过对测量光栅的各项参数进行研究，提升了测量光栅的尺寸与制作精度；提出高精度锥面衍射光栅位移测量、高倍细分转向干涉光栅位移测量、“品”字形拼接大量程光栅位移测量等技术，实现了数百毫米测量量程亚微米级测量精度。
从光栅制作到测量系统研制对提升精度、分辨力及量程提供了理论分析与技术验证。
关键词：光栅位移测量；锥面衍射；转向干涉；大量程拼接中图分类号：TB96 文献标识码：A 文章编号：1674-5795（2023）01-0081-10 Large range and high performance grating displacementmeasurement technologyLIU Lin, LIU Zhaowu, YU Hongzhu, WANG Wei, JIANG Yanxiu, JIANG ShanSUN Yujia, JIN Siyu, LIANG Xu, BAYANHESHIG, LI Wenhao*（Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033， China）Abstract: High-precision grating displacement measurement system has the advantages of nanometer repetition accuracy, strong environmental adaptability, and easy expansion of dimensions. It can meet the measurement requirements of the precision manufacturing industry for the integration of meter-level measurement range, submicron-level accuracy and multi-dimensional measurement capability. It has important applications in high-end manufacturing, precision instruments and other fields. By study‑ing the parameters of the measuring grating, the size and manufacturing accuracy of the measuring grating are improved. High-precision conical diffraction grating displacement measurement, high power subdividing steering interferometric grating displace‑ment measurement, 品-shaped splicing large range grating displacement measurement and other technologies are proposed to achieve sub-micron measurement accuracy in hundreds of millimeter measurement range. From grating fabrication to measurement system development, theoretical analysis and technical verification are provided for improving measurement accuracy, resolution and range.Key words: gating displacement measurement; conical diffraction; steering interference; large range splicingdoi：10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.07收稿日期：2023-01-09；修回日期：2023-01-25基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（C类）（XDC04030100）；国家自然科学基金项目（U21A20509）引用格式：刘林，刘兆武，于宏柱，等.大量程高性能光栅位移测量技术［J］.计测技术，2023，43（1）：81-90.Citation：LIU L， LIU Z W， YU H Z， et al. Large range and high performance grating displacement measure‑ment technology［J］. Metrology and measurement technology， 2023， 43（1）：81-90.0 引言超精密测量技术是现代加工及制造领域的基础，其量程和精度决定着制造的尺寸和精度［1-4］。
光栅的电子细分原理和方法
光栅的电子细分原理和方法在现代测量技术中，光栅作为一种高精度的测量元件，被广泛应用于位移、角度等物理量的测量。
而要实现更高精度的测量，光栅的电子细分技术就显得至关重要。
接下来，让我们一起深入了解光栅的电子细分原理和方法。
光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。
当一束光通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列明暗相间的条纹。
通过检测这些条纹的变化，可以获取到物体的位移或角度信息。
光栅的电子细分原理主要基于对光栅输出信号的处理和分析。
常见的光栅输出信号有正弦波和方波两种形式。
以正弦波为例，当光栅发生微小位移时，输出的正弦波信号的相位会发生相应的变化。
通过对这个相位变化的精确测量和计算，就可以实现对位移的细分测量。
在实现电子细分的方法中，有多种技术被广泛应用。
其中，幅值细分法是较为常见的一种。
这种方法通过测量正弦波信号的幅值来确定其相位信息。
具体来说，将正弦波信号通过比较器转换为方波信号，然后利用计数器对方波的脉冲个数进行计数。
根据计数结果和已知的光栅栅距，可以计算出位移量。
然而，幅值细分法的精度相对较低，容易受到信号噪声和干扰的影响。
另一种常用的方法是相位细分法。
它直接测量正弦波信号的相位变化。
常见的相位细分技术包括移相法、细分锁相法等。
移相法通过对正弦波信号进行移相处理，然后将移相后的信号与原信号进行比较，从而确定相位变化。
细分锁相法则利用锁相环技术实现对相位的高精度测量。
除了上述两种方法，还有基于数字信号处理的细分方法。
比如，采用高速 A/D 转换器将模拟的光栅信号转换为数字信号，然后利用数字滤波、FFT 变换等数字信号处理技术对数字信号进行分析和处理，以实现细分测量。
在实际应用中，为了提高细分精度和稳定性，常常会综合运用多种细分方法。
例如，先采用幅值细分法进行粗细分，然后再用相位细分法进行精细分。
此外，电子细分系统的性能还受到多种因素的影响。
信号的质量是关键因素之一。
良好的光栅信号应该具有稳定的幅值、清晰的波形和较小的噪声。
试验机位移检定方法
试验机位移检定方法试验机位移检定方法一、背景介绍在工程领域中，试验机是一种重要的设备，用于测量物体的力学性能。
而位移检定是评估试验机性能的关键步骤之一。
本文将详细说明几种常用的试验机位移检定方法。
二、方法一：光栅尺检定法1.原理：光栅尺是一种高精度的位移传感器，通过测量光栅间的位移来获取被测物体的位移值。
该方法通过在试验机上安装光栅尺，并与计算机连接，利用计算机软件读取光栅尺的数值，从而实现试验机位移检定。
2.步骤：–安装光栅尺在试验机上的移动部件，如拉杆或拉压板。
–连接光栅尺与计算机，并安装相应的驱动程序和数据采集软件。
–在试验机上施加一系列位移，并记录光栅尺所测得的数值。
–将记录的数值与实际的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
三、方法二：位移传感器检定法1.原理：位移传感器是一种常用的位移测量设备，如电阻应变片、压电传感器等。
通过测量传感器的电阻、电压或电流等信号来获得被测物体的位移值。
2.步骤：–安装位移传感器在试验机上的移动部件，与计算机连接。
–根据传感器类型，设置相应的测量电路和参数。
–施加一系列位移，并记录传感器所测得的信号数值。
–将记录的数值与实际的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
四、方法三：比较试验法1.原理：该方法是通过将试验机与参考设备（如标准试验机）进行比较，评估试验机的位移准确度。
常用的参考设备包括机械比较器、光学测量设备等。
2.步骤：–将被测试验机与参考设备放置在相同的环境条件下。
–同时施加相同的位移，并记录两个设备的位移值。
–将两个设备测得的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
五、方法四：数学模型法1.原理：该方法基于试验机的力学特性建立数学模型，通过模拟计算得到位移值，并与实际测得的位移值进行比较。
2.步骤：–根据试验机的力学特性建立数学模型，并进行参数辨识。
–施加一系列位移，并根据模型计算得到理论位移值。
–将模型计算的位移值与实际测得的位移值进行比较，评估试验机的位移准确度。
新天光栅尺接线定义
新天光栅尺接线定义新天光栅尺接线是一种常见的实际应用技术，用于测量和校准长度。
它通过光学原理来实现高精度的测量，具有精确、稳定和反应速度快等优点。
下面将详细介绍新天光栅尺接线的原理和应用。
一、新天光栅尺接线的原理新天光栅尺接线利用光的干涉原理来测量长度。
它的核心部件是由一系列平行的光栅组成的。
当光线通过光栅时，会发生干涉现象，形成一系列明暗交替的条纹。
通过计算这些条纹的数量，就可以确定被测量的长度。
具体来说，新天光栅尺接线的原理可以分为以下几个步骤：1. 发光器发出一束平行的光线，经过透镜聚焦形成平行光束。
2. 平行光束通过光栅，光栅会将光束分为若干个平行的光线。
3. 光线经过被测量物体后，再次通过光栅，形成干涉条纹。
4. 干涉条纹通过光电探测器转换为电信号，经过放大和处理后输出。
5. 根据输出的电信号，经过计算和分析，可以得到被测量物体的长度。
二、新天光栅尺接线的应用新天光栅尺接线广泛应用于各种需要精确测量长度的领域，例如机械制造、光学仪器、电子设备等。
它具有以下几个主要的应用方面：1. 长度测量：新天光栅尺接线可以实现高精度的长度测量，通常可以达到亚微米级别的测量精度。
在精密机械制造中，可以用于测量零件的长度、间距等参数，以保证产品的质量和精度。
2. 位移测量：新天光栅尺接线也可以用于测量物体的位移或运动。
通过将光栅固定在一个物体上，当物体发生位移时，干涉条纹的数量会发生变化，从而可以计算出位移的大小。
3. 校准和调试：新天光栅尺接线还常用于校准和调试其他测量设备。
通过将光栅接入其他设备的测量系统中，可以实现对该设备测量精度的校准，以保证测量结果的准确性。
4. 科学研究：新天光栅尺接线也被广泛应用于科学研究领域。
例如，在物理学中，可以利用光栅的干涉原理，研究光的性质和行为。
在材料科学中，可以利用光栅尺接线来研究材料的晶格结构和性质。
新天光栅尺接线是一种基于光学原理的高精度测量技术，具有广泛的应用前景。
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２ １ 年ｇ ２ ００ １期
中图 分类 号 ：Ｈ ２ Ｔ ８２ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ９— ５２ ２ １ ）２ ０ ８ ０ １０ ２５ （０ ０ １ — ０ ６— ３
一
种 新 的 光 栅 微 位 移 测 量 方 法 的研 究
李党娟 ，吴慎将
（ ．西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室 ，西安 ７０ ３ ； １ １０２
尔条 纹精确计数 达到 了对微 小位 移测 量 。实验 结果表 明 ，测 量精度 可以达到 １ ． 岬 关键词 ：莫尔条纹 ； 数 ；位移测量 ；Ｇ Ｉ 面 计 Ｕ界
Ａ ｏ ｅ ｅ ｈ ｄ ｏ ｒ ｔｎ ｉ ｒ ｍ ｅ ｒ ｃ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍ ｅ ｔ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｎ ｖ ｌｍ ｔ ｏ ｆｇ ａ ｉ ｇ ｍ ｃ ｏ ｔ ｉ ｉｐ ａ ｅ ｎ ａ ｕ ｅ ｎ
２ ．西安工业大学北方信 － ｇｑ程学院 ， 西安 ７ ０３ ） １０ ２
摘
要 ：为 了实现光栅 莫 尔条纹 的精 确计 数 和微 位 移 的 高精 度 测 量 ，提 出 移动 时 ，通过 Ｃ Ｄ摄像 器件将 莫 尔条 纹转换 为 动 态光 电信 号 ，即 随时 间 Ｃ 变换 的正 弦信 号。利 用 条 纹 周期 性 的 能量 分 布 曲 线 ，对 移 动 的莫 尔条 纹进 行精 确 计数 扣 判 向 ， 通过使 用 Ｍ ｔｂ软件编 辑界 面 ，直观 的显 示光栅 莫 尔条 纹移动 个数及 光栅 微 小位 移 。通过 对 莫 ａａ ｌ
Ｌ ａ ｇ ｕ ｎ ．ＷＵ Ｓ ｅ － ａ ｇ Ｉ ｎ － ａ Ｄ ｊ ｈ ｎｊ ｎ ｉ
（． ｅ ａ￣ ａｏｙｏ Ｈ ｍ ｅｈ ｏ ｌ，ｎ ｌ ｃＩ ａｕｅ ｎ ，ｉａ ｅｈ ｏ ｇ ａ ｎｖｒｔ， ’ｎ １ ３， ｉａ １Ｋ ｙＬ ｌｒｔｒ ｆ Ｔｅ ｎｌ￣ ａｄ０ 嫩 ａ Ｍｅｓｒｍｅｔ ’ Ｔ ｃｎｌ ｉ ｌ ｉ ｓ ｙⅪ ａ ０ ２ Ｏ￣ ； ｏ Ｘ ｎ ｏｃ Ｕ ｅｉ ７０ ｎ ２Ｔ ｅ ｏｔ ｆｒ ｔｎ ．ｈ ｒ Ｉ ｏｍａ ｏ Ｎ ｈｎ ｉ ＩｅＩ ｓ ｔｔ， ｉａ ｅ ｎｌ ｉ ｌ ｎ ｅｓｙ Ｘ ’ １ ３ ， ｉ ） ｌ —ｌ Ｉ ｔｕｅ Ｘ ’ Ｔｃ ｏ ｇ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｉａ ７０ ２Ｏｌ ａ ｅ ｇｎｉ ｎ ｈ ｏｃ ｖ ｉ ｎ ０ ｎ
计 量光栅 技术作 为一种 实现高精 度 、 大量 程 、 高 分辨 率位移测 量 的手 段之一 ， 近年来在 精密仪 器 、 超
精加 工 、 数控机 床 等领 域 得 到 了广 泛 的应用 。它 的 基本 原理是将 直线或 角度位 移量转化 为莫尔 条纹信