最新《传感技术与应用》第二版第10章光栅传感器
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• 长光栅栅距误差一般为微米（μm）数量级， 圆光栅为秒（”）角数量级。
五、常用光学系统 （一）直接接收式光学系统
• 1、透射直读式光路 光源1发射的光经源自文库直透镜
2变成平行光束，垂直投射到主 光栅3上，它和指示光栅4形成 的莫尔条纹信号直接由光电元 件5接收。
图示为 数控机 床中的 小型光 栅式传 感器
化电路。
• 光栅传感器组成：
照明系统、光栅副、光电接收元件和机械部件。
（一） 照明系统
• 照明系统主要由光源和透镜组成，有时需 要设置光阑，也有的采用光导纤维传输照 明光束。
1、光源的选择 光栅传感器的光源有单色光和普通白光两种 单色光源有激光、汞灯等， 普通光源多用光学仪器用6V6W白炽灯泡，
2、准直透镜参数的确定
• ①透镜的通光口径 • ②透镜的型式和焦距
栅距较大，而光栅间 间隙较小时，常采用单片 平凸透镜，并使平面朝向 灯丝以减小象差。
在大间隙时，为减小象 差，特别是色差，应采用 双片平凸透镜，并使两者 的平面都朝向灯丝，或者 用消象差的双胶合透镜。
（二） 光栅副
• 1、主光栅 • ①材料的选择 制作光栅的材料有玻璃和金属两类。 • ②栅距的选择 • ③栅线线宽和长度的选择 • 2、指示光栅 • 指示光栅用光学玻璃制作，其栅距除少数特殊情况
六、光栅传感器设计要点
• 设计光栅传感器的要求：
①能输出稳定的信号，对来自机械、光学及电路等方面的 干扰不敏感；
②能方便地输出多相（一般要求两相或四相）信号； ③工作寿命长，更换元器件简便，调整方便、容易； ④在满足精度要求的前提下，尽量使结构简单，制造容易 ⑤若有光学倍频作用，可以减小电子细分的倍数，从而简
分类，可分为长光栅和圆光栅。 目前发展了激光全息光栅和偏振光栅等新型光栅
2、光栅的结构
• 光栅——由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学器件
四、 光栅传感器的误差
• 单件光栅的误差是由刻划工艺和刻划设备 决定的。计量光栅大多数是在构成莫尔要 纹的情况下使用。由于莫尔条纹的平均误 差作用，使局部刻划误差的影响大大减小。
2、反射直读式光路
• 光源6经聚光镜5成平行光 束以一定的角度通过场镜 3射向指示光栅2，莫尔条 纹是由主光栅1反射回来 的光线与指示光栅2作用 形成的，经反射镜4反射 后由物镜7成象被硅光电 池8接收。
（二） 分光式光学系统
1、透射分 光式光学 系统
• 光源1发出的光经聚光镜2变成平行光投射到光栅副3、4上，经衍射后 在无限远处形成莫尔条纹。用聚光镜6将与光轴平行的某r级组的衍射 式光聚集于放在焦面处的光电元件8上，用光阑7挡住会聚于光轴两侧 的其它级组的衍射光。光阑7有一条窄缝，其方向平行地横向莫尔条纹 的方向，用以在光栅面上截取一条光缝，限制光电元件接收视场面的 大小，使之在主光栅移过一个栅距时，会聚于光电元件8上的光强亮暗 变化一次，从而能够接收互莫尔条纹信号实现测量。
有方形的，圆形的，也有光电二极管组合件，它 是将十几个管子做成一体。
• 3、光电三极管 光电三极管的电流灵敏度高，其稳定性也不
如光电二极管。光电三极管也有组合件。
结束语
谢谢大家聆听！！！
20
2、反射分光式 光学系统
• 光源1发出的光经准直透镜2 变成平行光束垂直入射到分光 棱镜3，经过半透分光面时被 分成CD、CE两束光线射到闪 耀光栅4的A、B两点。闪耀光 栅具有等腰三角形线槽。使光 栅在自准状态下工作，即光束
垂直投射到线槽面时，由物理 光学可知，最大强度的衍射光 将沿原路反射回分光棱镜3。 这样，由A、B两处返回的两 路衍射光经分光棱镜3都投射 到透镜5。这两路衍射光是相 干的，相遇后发生干涉，产生 的条纹图象经透镜5由光电元 件6接收。
外，都和主光栅的栅距相等。指示光栅的直径同准 直透镜的直径相等，栅线的刻划区域依光电接收元 件的尺寸确定。
（三） 光电接收元件
• 1、硅光电池 硅光电池工作面积大，不需外加电源。受光
照面为正极，背面为负极，结构为一薄片，体积 不大，外形有方形和圆形两种。
• 2、光电二极管 光电二极管在电路中反向工作。光电二极管
《传感技术与应用》第二 版第10章光栅传感器
第10章 光栅传感器
光栅传感器——利用光栅的莫尔条纹现 象实现几何量测量的装置 光栅传感器的优点 （一一）、、光光栅栅基分础类知及识高广化结精 泛 等构度应领、用域高于。分静辨态率测和量大、动动态态范测围量，和因自而动
1、光栅分类 按其原理和用途可分为物理光栅和计量光栅。 按其透射形式可分为透射式光栅和反射式光栅。 按光栅表面结构不同，可分为幅值光栅和相位光栅按光栅应用
五、常用光学系统 （一）直接接收式光学系统
• 1、透射直读式光路 光源1发射的光经源自文库直透镜
2变成平行光束，垂直投射到主 光栅3上，它和指示光栅4形成 的莫尔条纹信号直接由光电元 件5接收。
图示为 数控机 床中的 小型光 栅式传 感器
化电路。
• 光栅传感器组成：
照明系统、光栅副、光电接收元件和机械部件。
（一） 照明系统
• 照明系统主要由光源和透镜组成，有时需 要设置光阑，也有的采用光导纤维传输照 明光束。
1、光源的选择 光栅传感器的光源有单色光和普通白光两种 单色光源有激光、汞灯等， 普通光源多用光学仪器用6V6W白炽灯泡，
2、准直透镜参数的确定
• ①透镜的通光口径 • ②透镜的型式和焦距
栅距较大，而光栅间 间隙较小时，常采用单片 平凸透镜，并使平面朝向 灯丝以减小象差。
在大间隙时，为减小象 差，特别是色差，应采用 双片平凸透镜，并使两者 的平面都朝向灯丝，或者 用消象差的双胶合透镜。
（二） 光栅副
• 1、主光栅 • ①材料的选择 制作光栅的材料有玻璃和金属两类。 • ②栅距的选择 • ③栅线线宽和长度的选择 • 2、指示光栅 • 指示光栅用光学玻璃制作，其栅距除少数特殊情况
六、光栅传感器设计要点
• 设计光栅传感器的要求：
①能输出稳定的信号，对来自机械、光学及电路等方面的 干扰不敏感；
②能方便地输出多相（一般要求两相或四相）信号； ③工作寿命长，更换元器件简便，调整方便、容易； ④在满足精度要求的前提下，尽量使结构简单，制造容易 ⑤若有光学倍频作用，可以减小电子细分的倍数，从而简
分类，可分为长光栅和圆光栅。 目前发展了激光全息光栅和偏振光栅等新型光栅
2、光栅的结构
• 光栅——由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学器件
四、 光栅传感器的误差
• 单件光栅的误差是由刻划工艺和刻划设备 决定的。计量光栅大多数是在构成莫尔要 纹的情况下使用。由于莫尔条纹的平均误 差作用，使局部刻划误差的影响大大减小。
2、反射直读式光路
• 光源6经聚光镜5成平行光 束以一定的角度通过场镜 3射向指示光栅2，莫尔条 纹是由主光栅1反射回来 的光线与指示光栅2作用 形成的，经反射镜4反射 后由物镜7成象被硅光电 池8接收。
（二） 分光式光学系统
1、透射分 光式光学 系统
• 光源1发出的光经聚光镜2变成平行光投射到光栅副3、4上，经衍射后 在无限远处形成莫尔条纹。用聚光镜6将与光轴平行的某r级组的衍射 式光聚集于放在焦面处的光电元件8上，用光阑7挡住会聚于光轴两侧 的其它级组的衍射光。光阑7有一条窄缝，其方向平行地横向莫尔条纹 的方向，用以在光栅面上截取一条光缝，限制光电元件接收视场面的 大小，使之在主光栅移过一个栅距时，会聚于光电元件8上的光强亮暗 变化一次，从而能够接收互莫尔条纹信号实现测量。
有方形的，圆形的，也有光电二极管组合件，它 是将十几个管子做成一体。
• 3、光电三极管 光电三极管的电流灵敏度高，其稳定性也不
如光电二极管。光电三极管也有组合件。
结束语
谢谢大家聆听！！！
20
2、反射分光式 光学系统
• 光源1发出的光经准直透镜2 变成平行光束垂直入射到分光 棱镜3，经过半透分光面时被 分成CD、CE两束光线射到闪 耀光栅4的A、B两点。闪耀光 栅具有等腰三角形线槽。使光 栅在自准状态下工作，即光束
垂直投射到线槽面时，由物理 光学可知，最大强度的衍射光 将沿原路反射回分光棱镜3。 这样，由A、B两处返回的两 路衍射光经分光棱镜3都投射 到透镜5。这两路衍射光是相 干的，相遇后发生干涉，产生 的条纹图象经透镜5由光电元 件6接收。
外，都和主光栅的栅距相等。指示光栅的直径同准 直透镜的直径相等，栅线的刻划区域依光电接收元 件的尺寸确定。
（三） 光电接收元件
• 1、硅光电池 硅光电池工作面积大，不需外加电源。受光
照面为正极，背面为负极，结构为一薄片，体积 不大，外形有方形和圆形两种。
• 2、光电二极管 光电二极管在电路中反向工作。光电二极管
《传感技术与应用》第二 版第10章光栅传感器
第10章 光栅传感器
光栅传感器——利用光栅的莫尔条纹现 象实现几何量测量的装置 光栅传感器的优点 （一一）、、光光栅栅基分础类知及识高广化结精 泛 等构度应领、用域高于。分静辨态率测和量大、动动态态范测围量，和因自而动
1、光栅分类 按其原理和用途可分为物理光栅和计量光栅。 按其透射形式可分为透射式光栅和反射式光栅。 按光栅表面结构不同，可分为幅值光栅和相位光栅按光栅应用