JDG-S1型数字显示式立式光学计

JDG-S1型数字显示式立式光学计

一. 仪器概述.

JDG-S1型数字显示式立式光学计是一种精密测微仪。利用光栅传感器将被测工件尺寸变化转换成电信号，经处理后数字显示出测量结果。其技术参数为：

测量范围：≤180mm

示值范围：≤±0.1mm

显示分辨率：0.1um

测量力：（2±0.2）N

示值变动性：±0.1um

图1.JDG-S1型数字显示式立式光学计

二．仪器结构与原理

由光源1发出的光经聚光镜2照亮位于准直物镜焦面上的标尺光栅3，经立方棱镜6反射，并经过准直物镜7以平行光出射，投射至平面反射镜8上。由平面反射镜8反射的光束又重新进入准直物镜7、立方棱镜6，经立方棱镜6分光面透射，将光栅刻线成像在指示光栅5上，并在指示光栅5上形成光闸莫尔条纹。当测杆有微小位移时，光栅刻线的像将沿另一光栅表面移动，莫尔条纹光强产生周期性变化，光电元件4接受该光强变化，经过光电转换、前置放大、细分、辨相、可逆计数和数字显示等单元，最后在显示窗口上显示测量值。

1—光源 2—聚光镜 3—标尺光栅 4—光电传感器

5－指示光栅 6－立方棱镜 7－准直物镜 8－平面反射镜

9—测杆

光线流程图如2所示：

图2.仪器结构及光线流程图

三．主要模块及其原理介绍

（1）.光栅

在该仪器中有一对光栅3-标尺光栅，5-指示光栅。他们和细分电路共同决定了仪器的分辨力。栅柵距d=0.025mm，当光电信号实现一个周期变化，柵距移动一个单位，而此时杆位移对应为S=d/k=0.025/31.25mm=0.8um。如果电路实现8倍细分对应的分辨力为0.8um/8=0.1um。

(2).光学杠杆

当测杆有微小位移时，光栅刻线的像将沿另一光栅表面移动，莫尔条纹光强产生周期性变化，光电元件4接受该光强变化。在这个过程中，光学杠杆实际上起着一个转换放大作用。

原理图如图3：

图3.光学杠杆

四．基本问题分析

1.为何该仪器的测量范围不等于示值范围？

本仪器是一般是用标准器（如量块）以比较法测量工件的尺寸。由于引入了标注器量块等，故测量范围不再是示值范围。这样无疑大大提高了仪器的测量精度。

2.标尺光栅3的像在何处？

标尺光栅3上不透明形成的像最终成像在指示光栅5上面。

3.仪器利用了平面反射镜的什么特性？光学杠杆的放大倍数是多少？

该仪器利用了平面反射镜成完善像的特点。

K=2f/θ=2f/a=2*100mm/6.4mm=31.25

4.已知光栅传感器细分电路实现了8倍细分，请计算仪器的分辨力是多少？

由于光栅柵距d=0.025mm，当光电信号实现一个周期变化，柵距移动一个单位，而此时杆位移对应为S=d/k=0.025/31.25mm=0.8um。如果电路实现8倍细分对应的分辨力为

0.8um/8=0.1um。

4.该仪器是如何实现了大测量范围（180mm）同时具有高分辨力（0.1微米）的？

仪器的测量范围虽然是180mm，但是仪器引进了如量块，标准杆的标准器。使得仪器最终的示值范围保持在-0.1mm-0.1mm之间。同时引入标尺光栅和指示光栅(使仪器的分辨率达到0.1um)，光学杠杆（將测杆9的微小位移s转换成标尺光栅刻线在物镜焦平面上的位移，标尺光栅刻线像的位移量是测杆位移量的31.25倍）.

6.简述仪器工作原理（叙述清楚成像过程）

由光源1发出的光经聚光镜2照亮位于准直物镜焦面上的标尺光栅3，经立方棱镜6反射，并经过准直物镜7以平行光出射，投射至平面反射镜8上。由平面反射镜8反射的光束又重新进入准直物镜7、立方棱镜6，经立方棱镜6分光面透射，将光栅刻线成像在指示光栅5上，并在指示光栅5上形成光闸莫尔条纹。当测杆有微小位移时，光栅刻线的像将沿另一光栅表面移动，莫尔条纹光强产生周期性变化，光电元件4接受该光强变化，经过光电转换、前置放大、细分、辨相、可逆计数和数字显示等单元，最后在显示窗口上显示测量值。