光栅式位移测量
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。
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。
光栅精密位移测量技术发展综述
光栅精密位移测量技术发展综述光栅精密位移测量技术是一种利用光栅原理进行精密位移测量的技术。
光栅是一种经过光学加工产生的具有一定周期的光学结构，由透光区和不透光区组成。
在应用中，通过将光线以一定的入射角度照射到光栅上，经过光栅的作用后，透射或反射出的光线将被分裂成不同的光束，形成一定的光衍射图案。
根据光衍射图案特征的变化，可以实现对被测量体位移的测量。
第一阶段：光栅发展初期（20世纪60年代至70年代）在20世纪60年代至70年代，光栅技术刚刚开始被应用于位移测量领域。
当时的光栅仅能实现粗略的位移测量，测量范围有限。
此时的光栅精密位移测量技术主要应用于科学研究领域。
第二阶段：数字式光栅技术发展（20世纪80年代至90年代）在20世纪80年代至90年代，随着集成电路技术的进步，数字式光栅技术开始被广泛应用于光栅精密位移测量领域。
数字式光栅通过将光栅的周期结构映射到一系列二进制码上，实现了对位移的数字化处理。
这种技术具有高测量精度、高信号稳定性、高分辨率等优势，被广泛应用于工业自动化等领域。
第三阶段：干涉式光栅技术发展（20世纪90年代至今）在20世纪90年代以后，干涉式光栅技术开始逐渐替代数字式光栅技术，成为光栅精密位移测量技术的主流。
干涉式光栅通过利用光的干涉现象，实现对位移的精密测量。
与数字式光栅相比，干涉式光栅具有更高的分辨率、更高的测量精度和更强的环境适应能力。
随着光学材料和检测技术的不断发展，光栅精密位移测量技术不断改进和创新。
例如，基于光纤传感技术的光栅位移传感系统实现了长距离测量和多点测量的应用；利用光学存储介质制作的光栅具有更高的光学品质和更低的测量误差。
总的来说，光栅精密位移测量技术经过几十年的发展，从初期的粗略测量到数字化处理再到干涉式测量，实现了从低精度到高精度的迅速提升。
随着科学技术的不断进步，相信光栅精密位移测量技术在未来会有更广阔的应用前景。
光栅及位移测量
一、 光栅式传感器
--- 等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件
物理光栅：利用光的衍射现象分析光谱、测定波长
计量光栅： 利用光的莫尔条纹现象测量精密位移
长光栅 --- 直线位移；圆光栅 --- 角位移 构成：主光栅 --- 标尺光栅，定光栅；指示光栅 --- 动光栅 长度 --- 测量范围；刻线密度 --- 测量精度 ( 10、25、50、100、125线/mm )
(4) 光栅传感器特点 ①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″ ②量程大：透射式---光栅尺长（米），反射式---几十米 ③响应快：可用于动态测量 ④增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动精度 ⑥成本高：电路复杂
3）激光三角法
原理：
y = f (x)
x
y
激光测距产品
Keyence 激光测距传感器
特点： 非接触、不易划伤表面、结构简单、测量距离大、 抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高 精度：光学元件本身的精度、环境温度、激光束的光强和直 径大小以及被测物体的表面特征
应用：
厚度测量：
莫尔条纹特性： 方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距一方向对应 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 可调性：夹角θ↓→ 条纹间距B↑ → 灵活 准确性：大量刻线 → 误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度
莫尔条纹 --- 圆弧形、 环形、辐射形 ① 径向光栅的圆弧形莫尔条纹 两块径向光栅 --- 栅距角相同/不大偏心量
光栅位移传感器工作原理
光栅位移传感器工作原理
光栅位移传感器通常使用光栅腔体结构，并根据物体的位移改变光栅干涉图案的特征，从而实现位移测量。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 激光发射：传感器通过激光器发射出一束单色、相干的激光光束。
2. 光栅结构：光栅位移传感器的关键部分是光栅，其由许多狭缝或光栅条组成。
光栅的条间距和条宽度具有精确的设计。
3. 干涉：被测物体与光栅之间形成干涉。
当激光光束经过光栅和被测物体后，光束被分成两个或多个光路，这些光路在后续的光程中会发生相位差。
4. 探测器：干涉光束进入光栅位移传感器的光电检测器中，检测器将干涉图案转化为电信号。
5. 信号处理：信号处理电路对传感器输出的电信号进行处理，如放大、滤波和分析。
通过测量干涉光的相对强度和相位差，可以计算出被测物体的位移。
总的来说，光栅位移传感器通过干涉效应实现位移测量，光栅的特殊结构和光栅与被测物体之间的相互作用使得光的干涉图案与物体位移相关联，从而实现对位移的测量。
光栅位移传感器测距离的原理
光栅位移传感器测距离的原理光栅位移传感器是一种常用于测量物体距离的传感器。
它通过利用光栅的原理来实现测距的功能。
光栅位移传感器主要由光源、光栅、接收器和信号处理器等组成。
在光栅位移传感器中，光源发出的光经过光栅后，会形成一系列光斑。
光栅是由一条条等距分布的透明线条组成的，这些线条可以是平行的也可以是交叉的。
当光斑照射到被测物体上时，会产生光的衍射现象。
光栅位移传感器通过检测衍射光的强度来测量物体的距离。
光栅位移传感器中的接收器会接收到经光栅衍射后的光斑，并将其转化为电信号。
接收器通常采用光电二极管或光敏电阻等器件来实现。
当物体距离传感器较远时，接收到的衍射光斑会比较弱，电信号的强度也会较小；当物体距离传感器较近时，衍射光斑会比较强，电信号的强度也会较大。
因此，通过检测电信号的强度变化，可以间接地推导出物体与传感器的距离。
光栅位移传感器中的信号处理器会对接收到的电信号进行处理和分析。
它可以对信号进行放大、滤波和数字化等处理，以便更精确地测量物体的距离。
信号处理器通常由微处理器或专用的数字信号处理器实现。
光栅位移传感器具有很高的测量精度和稳定性。
它可以测量的距离范围很大，通常可以达到几十微米到数米。
此外，光栅位移传感器还可以实现非接触式测量，无需与被测物体直接接触，因此适用于各种工业和科学应用中。
光栅位移传感器在工业自动化、机器人、测量仪器等领域都有广泛的应用。
比如在机器人的定位和导航中，可以利用光栅位移传感器实现对机器人位置的准确测量；在工业生产线上，可以利用光栅位移传感器实现对产品尺寸的测量和质量控制。
光栅位移传感器通过利用光栅的原理，实现对物体距离的测量。
它具有高精度、稳定性好和非接触式测量等优点，在工业和科学领域中发挥着重要的作用。
随着技术的不断发展，光栅位移传感器的性能将进一步提升，为各种应用场景提供更加可靠的测量解决方案。
光栅尺的种类及工作原理
光栅尺的种类及工作原理光栅尺是一种常见的测量仪器，它利用光学原理来测量物体的位置和移动距离。
光栅尺广泛应用于机械设备、数控机床、精密测量仪器等领域。
本文将介绍光栅尺的种类以及它们的工作原理。
一、光栅尺的种类1. 增量式光栅尺：增量式光栅尺是最常见的一种光栅尺。
它通过将光栅刻划在透明玻璃或光学膜上，然后通过读头接收反射或透射的光信号，测量物体的位置和位移。
增量式光栅尺通常具有高分辨率和较低的成本，适用于一般的测量应用。
2. 绝对式光栅尺：绝对式光栅尺是一种具有独特编码结构的光栅尺。
它可以直接测量物体的位置，无需参考点或回零操作。
绝对式光栅尺通常具有高精度和高分辨率，适用于要求较高的测量应用。
3. 波前式光栅尺：波前式光栅尺是一种基于波前干涉原理的光栅尺。
它利用物体表面反射的光波前差来测量物体的形状和表面变形。
波前式光栅尺通常具有高精度和高灵敏度，适用于形状测量和表面缺陷检测。
二、光栅尺的工作原理光栅尺的工作原理基于光学干涉现象。
光栅是一种具有周期性刻线的光学元件，可以将入射的平行光束分成多个等间距的光斑。
光栅尺通常包括光栅和读头两个部分。
当光线照射到光栅上时，光栅上的刻线会将光线分散成多个光斑。
这些光斑会经过物体反射或透射后，再次通过光栅，最后被读头接收。
读头中的光电二极管会将接收到的光信号转换为电信号。
对于增量式光栅尺，读头会将接收到的光信号转换为脉冲信号。
脉冲的数量和频率与物体的位置和位移成正比。
通过计数和计时脉冲信号，可以确定物体的位置和位移。
对于绝对式光栅尺，光栅上的刻线会形成一种特殊的编码结构。
读头会将接收到的光信号转换为二进制码或格雷码。
通过解码和识别编码，可以直接确定物体的位置，无需参考点或回零操作。
对于波前式光栅尺，光栅上的刻线会形成一种波前干涉的结构。
读头会将接收到的光信号转换为干涉条纹图像。
通过分析条纹图像的变化，可以测量物体的形状和表面变形。
总结起来，光栅尺利用光学原理通过光栅和读头的组合，将光信号转换为电信号，并通过信号处理和解码来测量物体的位置和位移。
光栅位移传感器原理
光栅位移传感器原理
光栅位移传感器是一种可以测量物体位移的传感器。
它的原理基于光栅的干涉效应。
该传感器由一个光源和一个光栅组成。
光源发出的光线会经过光栅表面的一系列的凹槽和凸起，然后形成一系列的亮暗条纹。
当物体靠近光栅时，这些条纹会产生位移。
光栅位移传感器利用干涉效应来测量位移。
当光线经过光栅时，会在物体表面产生一个被称为衍射光栅的衍射效应。
这个衍射光栅会和原始光栅产生干涉，导致光栅图案发生变化。
通过测量这种变化，可以确定物体的位移大小。
具体测量原理是通过记录光栅光束的强度变化来计算位移。
当物体位移时，干涉效应会导致光束的强度发生变化。
通过测量这种变化，可以确定物体的位移大小。
光栅位移传感器有广泛的应用领域，包括精密测量、机械工程、自动化控制等。
它的优点是测量准确度高、稳定性好。
缺点是对环境光的干扰较大，需要对测量环境进行较好的控制。
总的来说，光栅位移传感器利用干涉效应测量物体的位移。
通过测量光栅光束的强度变化，可以确定物体的位移大小，具有高精度和稳定性的特点。
光栅位移传感器原理
光栅位移传感器原理光栅位移传感器是一种常用的测量和控制设备，它能够精确地测量物体的位移，并将其转化为电信号输出。
光栅位移传感器的原理是基于光学原理和电子技术，通过光栅的光学信号和电子信号的相互转换来实现对位移的测量。
在工业自动化、机械加工、航空航天等领域都有广泛的应用。
光栅位移传感器主要由光栅、光源、光电传感器和信号处理电路等组成。
当被测物体移动时，光栅上的光斑也会随之移动，光电传感器接收到光栅上的光斑信号，并将其转化为电信号输出。
信号处理电路对电信号进行放大、滤波和数字化处理，最终得到位移的测量结果。
光栅位移传感器的原理基于光栅的周期性结构。
光栅是一种具有周期性光透过结构的光学元件，其上有一系列平行的透光和不透光的条纹。
当光线照射到光栅上时，透光和不透光的条纹会产生光学干涉现象，形成一系列光斑。
当被测物体移动时，光栅上的光斑也会随之移动，通过测量光斑的移动距离和数量，就可以计算出被测物体的位移。
光栅位移传感器具有高精度、高分辨率和快速响应的特点，能够实现对微小位移的测量。
在工业自动化领域，光栅位移传感器常用于机床、数控机械、机器人等设备的位移测量和控制。
在航空航天领域，光栅位移传感器也被广泛应用于飞行器的姿态控制和导航系统中。
除了在工业和航空航天领域的应用外，光栅位移传感器还被广泛应用于科学研究和医疗设备中。
在科学研究领域，光栅位移传感器常用于粒子加速器、核物理实验等领域的位移测量和控制。
在医疗设备中，光栅位移传感器常用于医学影像设备的位移测量和图像重建。
总之，光栅位移传感器的原理是基于光学原理和电子技术，通过光栅的光学信号和电子信号的相互转换来实现对位移的测量。
它具有高精度、高分辨率和快速响应的特点，被广泛应用于工业自动化、航空航天、科学研究和医疗设备等领域。
随着科学技术的不断发展，光栅位移传感器将会有更广阔的应用前景。
位移检测传感器之光栅传感器
5
光栅结构放大图
位移检测传感器之光栅传感器
6
莫尔条纹
长光栅是在两块光学玻璃上或具有强反射能 力的金属表面上，刻上相同的均匀密集的平行细 线。如果将这两块玻璃板或金属板重叠放置，并 使它们的刻线间有一微小夹角，此时，由于光 的干涉效应，两块光栅的刻线相交处，光会从缝 隙透过，形成亮带（如图a-a线），而在一块光 栅的刻线与另一块光栅的缝隙相交处形成暗带 （b-b），这种亮带和暗带形成明暗相间的条纹， 这些条纹称为莫尔条纹。 条纹方向与刻线方向 近似垂直。
反射光栅的栅线刻制在具有反射率很高的金属 或镀以金属膜的玻璃上。
位移检测传感器之光栅传感器
16
3. 光学系统
由于采用不同形式的光栅，光学系统也各不相 同，常采用的光学系统有：
(1)透射式光路 (2)反射式光路
位移检测传感器之光栅传感器
17
（1） 透射式光路
光源5发出的光线经准直 透镜4变成平行光，入射 到指示光栅3上，经过指 示光栅3和标尺光栅2， 再透射到光敏元件1上。
一般标尺光栅固定不动， 而光源、指示光栅和光 敏元件固定在被测位移 体上，莫尔条纹的移动 信号被光敏元件接收。 每当亮带通过光敏元件 时，有一个相应的电信 号输出。
位移检测传感器之光栅传感器
18
透射式光栅
位移检测传感器之光栅传感器
19
（2） 反射式光路
光源1发出的光线经聚光 镜2及场镜4后以平行光 束射向指示光栅5上，再 经标尺光栅6反射后形成 莫尔条纹，通过反射镜3 和物镜系统7把莫尔条纹 的信号送入光敏元件8上.
位移检测传感器之光栅传感器
13
2. 长光栅位移传感器
在作直线位移测量时，常把前面介绍的两块光栅 作成一个标尺光栅和一个指示光栅。
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。
大学物理实验：双光栅测量微弱振动位移量
双光栅测量微弱振动位移量精密测量在自动化控制的領域里一直扮演着重要的角色，其中光电测量因为有较佳的精密性与准确性，加上轻巧、无噪音等优点，在测量的应用上常被采用。
作为一种把机械位移信号转化为光电信号的手段，光栅式位移测量技术在长度与角度的数字化测量、运动比较测量、数控机床、应力分析等领域得到了广泛的应用。
多普勒频移物理特性的应用也非常广泛，如医学上的超声诊断仪、测量海水各层深度的海流速度和方向、卫星导航定位系统、音乐中乐器的调音等。
双光栅微弱振动测量仪在力学实验项目中用作音叉振动分析、微振幅(位移)、测量和光拍研究等。
【实验目的】1. 了解利用光的多普勒频移形成光拍的原理并用于测量光拍拍频；2. 学会使用精确测量微弱振动位移的一种方法；3. 应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动的微振幅。
【实验原理】1． 位移光栅的多普勒频移多普勒效应是指光源、接受器、传播介质或中间反射器之间的相对运动所引起的接收器接收到的光波频率与光源频率发生的变化，由此产生的频率变化称为多普勒频移。
由于介质对光传播时有不同的相位延迟作用，对于两束相同的单色光，若初始时刻相位相同，经过相同的几何路径，但在不同折射率的介质中传播，出射时两光的位相则不相同。
对于位相光栅，当激光平面波垂直入射时，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。
激光平面波垂直入射到光栅，由于光栅上每缝自身的衍射作用和各缝之间的干涉，通过光栅后光的强度出现周期性的变化。
在远场，我们可以用大家熟知的光栅衍射方程即(1)式来表示主极大位置：λθk d ±=sin ⋅⋅⋅=,2,1,0k （1）式中 ，整数k 为主极大级数，d 为光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长。
如果光栅在y 方向以速度v 移动，则从光栅出射的光的波阵面也以速度v 在y 方向移动。
因此在不同时刻，对应于同一级的衍射光线，它从光栅出射时，在y 方向也有一个vt 的位移量，见图2。
光纤光栅位移传感器原理
光纤光栅位移传感器原理光纤光栅位移传感器是一种利用光纤光栅技术实现位移测量的传感器。
它具有高精度、高灵敏度和抗干扰能力强等优点，被广泛应用于工业自动化控制、航空航天、海洋监测等领域。
光纤光栅位移传感器的原理基于光纤光栅的特性，光纤光栅是一种能够在光纤内部产生周期性折射率变化的光学器件。
当外界施加力或位移作用于光纤时，光纤光栅会发生形变，从而导致光纤内部的折射率发生变化。
通过测量这种折射率变化，就可以获得光纤所受到的力或位移信息。
具体而言，光纤光栅位移传感器一般由光源、光纤光栅和光谱分析系统三部分组成。
首先，光源发出的光经过光纤传输到光纤光栅处。
光纤光栅中的折射率周期性变化可以将入射光分成不同波长的成分，形成光谱。
然后，当外界施加力或位移作用于光纤时，光纤光栅发生形变，导致光谱发生位移。
最后，通过光谱分析系统对位移后的光谱进行分析和处理，就可以得到所需的位移信息。
光纤光栅位移传感器的原理基于光纤光栅的两个重要特性：布拉格衍射和弹性力学。
布拉格衍射是指入射光与光纤光栅中的折射率周期性变化相互作用时的衍射现象。
当入射光的波长符合布拉格条件时，会发生衍射，使得特定波长的光被反射出来。
而弹性力学是指光纤光栅在受到外界力或位移作用时发生的形变。
这种形变会导致光纤光栅中的折射率发生变化，从而改变布拉格条件，进而改变反射出来的光的波长。
光纤光栅位移传感器的工作原理可以通过以下步骤进行解释：首先，光纤光栅处于无应力状态时，反射出来的光具有一个特定的波长。
当外界施加力或位移作用于光纤时，光纤光栅发生形变，使得折射率发生变化，进而改变布拉格条件。
这样，原本反射出来的特定波长的光就会发生位移。
通过光谱分析系统对位移后的光谱进行分析，就可以获得外界施加的力或位移信息。
光纤光栅位移传感器具有许多优点，其中包括高精度、高灵敏度和抗干扰能力强等。
首先，光纤光栅位移传感器可以实现亚微米级的位移测量精度，非常适用于精密测量领域。
其次，光纤光栅位移传感器具有高灵敏度，可以实现对微小力或位移的测量。
光栅传感器的位移检测
光栅线（角）位移传感器的位移检测一、系统框图二、框图说明2.1.光栅传感器光栅线位移传感器价格：400.00 – 2000.00测量长度：50mm – 1000mm产地：国产规格：25线/mm供电电压：5V输出：两路脉冲，相差90º光栅角位移传感器型号：E6B2-CWZ1X价格：100.00 – 500.00产地：国产（欧姆龙）规格：100线/周– 1000线/周供电电压：5V输出：两路脉冲，相差90º光栅线位移和角位移传感器具有相同的输出，两路脉冲，相差90º（图1）。
所以信号处理电路没有区别，程序处理时，脉冲当量不一样。
线位移时为X.Xmm/脉冲，角位移时为X ºX 'X "/脉冲。
同样的脉冲，所表示的物理意义不同，一个是线位移的长度单位，一个是角位移的角度或转速单位。
2.2. 光栅信号处理单元光栅信号处理单元完成细分与辨向，单元所处理的信号为两路相差90°的方波,A 信号和B 信号,图1 所示. 设一参考方向,假设相对位移方向与参考方向一致时,A 信号超前B 信号90°,图2 a 所示,相对位移方向与参考方向相反时,A 信号落后B 信号90°,图2 b 所示. 辨向就是辨别光栅传感器的相对位移方向,也就是A 信号和B 信号相位关系。
.图2光栅位移1 个栅距，对应输出波形一个周期，两路A 、B 信号对应4 个前后沿变化，通过组合逻辑得到4个脉冲。
即4细分。
细分与辨向电路的输出是正向四细分信号+ P 加反向四细分信号- P ,图3所示。
.A 路B 路图1图3三、系统原理图单片机STC15F2K60S2有二个高速串口，由电路MAXRS232转换成RS232电平。
通过RS232接口，分别接入两台计算机，一台计算机调试程序，另一台计算机显示上传的位移。
也可用一台笔记本电脑，通过两个USB接口，用两根USB/RS232转换线接入。
光栅式指示表检定仪的技术参数介绍
光栅式指示表检定仪的技术参数介绍光栅式指示表检定仪是一种用于检测指示表的精度和准确度的测试仪器。
它通过使用光栅和光电传感器来检测指示表的位置和角度，从而可以确定其精度和准确度。
下面我们将详细介绍光栅式指示表检定仪的技术参数。
1. 分辨率光栅式指示表检定仪的分辨率是指其能够检测到的最小位移量。
通常情况下，分辨率越高，检测的精度和准确度就越高。
光栅式指示表检定仪的分辨率通常以微米（μm）为单位来表示，常见的分辨率有1μm、0.5μm、0.1μm等。
2. 测量范围光栅式指示表检定仪的测量范围是指其能够检测到的最大位移量。
测量范围通常以毫米（mm）或英寸（inch）为单位来表示，常见的测量范围有25mm、50mm、100mm等。
不同型号的光栅式指示表检定仪的测量范围也不同，用户在购买时需要根据实际需要选择合适的型号。
3. 重复性误差光栅式指示表检定仪的重复性误差指的是它在连续多次测量同一位置时得到的结果之间的差异。
重复性误差越小，测量结果的稳定性就越高。
在实际使用中，光栅式指示表检定仪的重复性误差通常控制在0.5μm以下。
4. 精度光栅式指示表检定仪的精度指的是它测量结果与实际值之间的误差。
精度越高，测量结果越准确。
精度通常以一个百分比或一个绝对值来表示，常见的精度有±0.002%、±1μm等。
5. 重复性误差和精度测试方法为了确定光栅式指示表检定仪的重复性误差和精度，一般需要进行定点测试和滑移测试。
其中定点测试是在同一位置多次进行测量，滑移测试是在多个位置进行测量。
通过对这些测试结果的统计和分析，可以确定光栅式指示表检定仪的重复性误差和精度值。
6. 应用领域光栅式指示表检定仪广泛应用于机械加工、精密制造、航空航天、电子仪器等领域。
在这些领域中，精度和准确度要求比较高，需要使用高精度的测试仪器来检测指示表的精度和准确度。
7. 总结通过介绍上述技术参数，我们可以看出，光栅式指示表检定仪是一种精度和准确度比较高的测试仪器。
光栅位移传感器的工作原理
光栅位移传感器的工作原理光栅位移传感器是一种常用的测量设备，通过光栅原理来实现对物体位移的测量。
它的工作原理是利用光栅上的刻线来进行位移测量的。
光栅位移传感器由光源、光栅、物体和接收器组成。
光源发出的光线经过凸透镜聚焦后照射到光栅上，光栅上的刻线会对光线产生衍射。
物体的位移会导致衍射光的相位发生变化，这种相位变化会被接收器接收到并转化为电信号。
光栅位移传感器的工作过程可以分为两个步骤：光栅的衍射和接收器的信号处理。
首先是光栅的衍射过程。
光栅上的刻线间距非常小，通常在几微米到几十微米之间。
当光线照射到光栅上时，根据光栅的刻线间距和入射角度，会产生不同的衍射角度。
衍射角度的大小可以通过光栅的刻线间距和光波波长来计算得到。
当物体发生位移时，光线照射到光栅上的位置也会发生变化，进而改变了衍射角度。
接下来是接收器的信号处理过程。
接收器接收到经过光栅衍射后的光线，将其转化为电信号。
通常，接收器会采用光电二极管或光敏电阻等光电转换器件来完成这一过程。
接收器输出的电信号会随着物体位移的变化而发生变化。
为了准确测量位移，光栅位移传感器通常会采用差分原理。
差分原理是通过将光栅分成两个相邻的部分，分别与两个接收器相连。
当物体发生位移时，两个接收器接收到的光信号会有所不同。
通过对这两个信号进行差分运算，可以得到位移的准确值。
差分原理可以有效地消除光源强度的变化和环境光的干扰，提高测量的精度和稳定性。
光栅位移传感器具有高精度、高灵敏度和快速响应的特点，广泛应用于工业自动化、机械加工、机器人控制等领域。
在机械加工中，光栅位移传感器可以用来测量工件的长度、直径和位置等参数，实现精确的加工控制。
在机器人控制中，光栅位移传感器可以用来测量机器人末端执行器的位置和姿态，实现精准的运动控制。
光栅位移传感器通过光栅原理实现了对物体位移的测量。
它的工作原理是利用光栅上的刻线对光线进行衍射，通过接收器将衍射光转化为电信号，并经过差分运算得到位移的准确值。
基于互谱相关的光纤光栅波长位移计测方法
基于互谱相关的光纤光栅波长位移计测方法在光纤应用领域，波长位移的测量是一项重要的任务。
而光纤光栅作为一种重要的光纤传感器，对于波长位移的测量也起着至关重要的作用。
本文将介绍一种基于互谱相关的光纤光栅波长位移计测方法。
一、互谱相关互谱相关是一种用来衡量信号之间相似性的方法。
其中，互功率谱描述了两个信号在频域上的交叠程度，而互相关函数则衡量了两个信号之间的相关程度。
互谱相关方法能够通过对光纤光栅信号进行频谱分析，实现波长位移的测量。
二、光纤光栅波长位移计测方法1. 光纤光栅测量原理光纤光栅是一种利用光纤的光栅结构对输入光信号进行调制和测量的装置。
当光纤光栅受到外界物理量的作用时，导致光纤光栅的光纤栅常数发生变化，进而导致光的传输特性发生改变。
通过对这种改变进行分析，可以计算出波长位移的值。
2. 光纤光栅波长位移计测方法流程（1）预处理：将采集到的光纤光栅信号进行预处理，包括信号平滑和噪声滤除等操作，以确保后续计算的准确性。
（2）频谱分析：将预处理后的信号进行频谱分析，得到信号的频谱图。
（3）互谱相关计算：选择参考信号，通过对信号的互功率谱进行计算，得到互谱相关函数。
（4）波长位移计算：通过对互谱相关函数进行峰值检测和解调操作，可以计算出波长位移的值。
3. 光纤光栅波长位移计测方法示例假设我们需要测量一个光纤光栅在外界温度变化下的波长位移。
首先，我们采集到一段时间内的光纤光栅信号，并进行预处理操作，包括信号平滑和噪声滤除。
然后，将处理后的信号进行频谱分析，得到信号的频谱图。
接下来，选择一个合适的参考信号，并计算出信号的互功率谱。
通过对互功率谱进行计算，得到互谱相关函数。
最后，通过对互谱相关函数进行峰值检测和解调操作，可以得到波长位移的值，从而实现对光纤光栅的测量。
基于互谱相关的光纤光栅波长位移计测方法能够准确测量光纤光栅的波长位移。
通过对光纤光栅信号进行预处理、频谱分析和互谱相关计算，可以得到波长位移的值。
光栅位置检测系统及原理
光栅位置检测系统及原理光栅位置检测系统是一种高精度的测量系统，被广泛应用于各种工业和科学领域，如光学，精密测量，纳米技术，电子工程等。
该系统的核心原理是利用光栅的周期性结构来测量位移。
下面将详细介绍光栅位置检测系统的基本组成、工作原理以及其应用。
一、光栅位置检测系统的基本组成光栅位置检测系统主要由光源、光栅、指示光栅（或称为读数头）、光电检测器和数据处理单元组成。
1.光源：提供光能，为整个系统提供原始动力。
常用的光源有可见光LED、激光等。
2.光栅：一种具有周期性刻线的透明或金属薄片，可以将入射光分成多个子束。
当光栅移动时，子束的数目和位置会发生变化，从而产生相位差。
3.指示光栅：与光栅配合使用，其作用是增加系统的精度和稳定性。
4.光电检测器：将光信号转换为电信号的组件，通常使用的是光电二极管或光电倍增管。
5.数据处理单元：对光电检测器产生的电信号进行处理，计算出光栅的位移量。
二、光栅位置检测系统的工作原理光栅位置检测系统的工作原理可以简述为“莫尔条纹”原理。
当光栅和指示光栅相对移动时，它们之间的光线相交会产生明暗交替的莫尔条纹。
这些条纹的移动与两个光栅的相对位移有关，通过测量莫尔条纹的数量，就能知道光栅的位移量。
具体来说，当光源发出的光照射到光栅上时，光栅的刻线会将光线分成多个子束。
这些子束在指示光栅上产生明暗交替的莫尔条纹。
当两个光栅相对移动时，莫尔条纹也会随之移动。
这个移动可以被光电检测器检测到并转化为电信号。
三、应用1.测量和控制系统：在自动化生产线上，需要对物体的位置、速度等进行精确控制。
光栅位置检测系统能够提供高精度的位置信息，为控制系统提供反馈信号，从而实现精确控制。
2.光学仪器：在望远镜、显微镜等光学仪器中，需要精确测量物体的位置和移动。
光栅位置检测系统能够提供高精度、高稳定性的位置信息，提高光学仪器的测量精度。
3.纳米技术：在纳米技术领域，需要对物体的尺寸、形状等进行精确控制。
光栅式位移传感器课程设计要点
光栅式位移传感器课程设计要点
目录
光栅式位移传感器概述
光栅式位移传感器设计流程
光栅式位移传感器关键技术
光栅式位移传感器材料选择
光栅式位移传感器性能测试
光栅式位移传感器课程设计案例分析
光栅式位移传感器概述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光栅式位移传感器：一种通过测量光栅位移来测量物体位移的传感器
工作原理：利用光栅的周期性变化，通过光电转换，将光栅位移转换为电信号
光栅式位移传感器课程设计案例分析
测量对象：汽车发动机缸体
应用领域：汽车制造、维修等领域
测量结果：实时显示缸体位移数据
测量原理：光栅式位移传感器
测量精度：高精度测量，误差小
测量方法：非接触式测量
测量对象：航空发动机叶片
测量原理：光栅式位移传感器
测量方法：非接触式测量
测量精度：高精度测量，满足航空发动机叶片测量需求
光栅：由一系列等间距的平行线或点组成的图案
光电转换：将光信号转换为电信号的过程
应用领域：广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天等领域
类型：线性光栅、旋转光栅、角度光栅等
应用：广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天等领域
光栅式位移传感器：通过测量光栅的位移来测量物体的位移
特点：精度高、响应速度快、稳定性好、抗干扰能力强
测试设备：选择合适的测试设备，如光栅尺、位移传感器、数据采集卡等
光栅式位移传感器：选择合适的型号和规格
测试仪器：如示波器、信号发生器等
测试环境：温度、湿度、光照等条件
测试标准：按照相关标准进行测试
数据记录：记录测试过程中的数据，以便进行分析和评估
测试报告：编写测试报告，包括测试结果、分析、结论等
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
物理光栅主要是利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定，而在检测技术中常用的是计量光栅。
计量光栅主要是利用光的透射和反射现象，常用于位移测量，有很高的分辨力。
计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类，均由光源、主光栅、指示光栅、光电元件三大部分组成。
光电元件可以是光敏二极管，也可以是光电池。
透射式光栅一般是用光学玻璃或不锈钢做基体，在其上均匀地刻划出间距、宽度相等的条纹，形成连续的透光区和不透光区。
计量光栅的结构图如图2．1所示。
2．1．2莫尔条纹下面以透射式黑白光栅为例来分析光栅测量位移的工作原理。
把长短两块光栅重叠放置，但中间留有微小的间隙，并使两块光栅的刻线之间有一很小的夹角p，如图2．2所示。
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，如图2．2中的a-a所示。
在两块光栅刻线错开的地方，光线被遮住而不能透过，于是就形成暗的条纹，如图2．2中的b-b所示。
这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹，其方向与光栅刻线近似垂直，相邻两明亮条纹之间的距离BH称为莫尔条纹间距。
2．1．3光栅测量位移的工作原理若标尺光栅和指示光栅的刻线密度相同，即光栅栅距d相等，则莫尔条纹的间距见式(2-1)。
由于口角很小，故莫尔条纹间距粕远大于光栅栅距d，即莫尔条纹具有放大作用。
测量时，把标尺光栅与被测量对象相联结，使之随其一起运动。
当标尺光栅沿着垂至于刻线的方向相对于指示光栅移动时，莫尔条纹就沿着近似垂直于光栅移动的方向运动。
当光栅移动一个栅距d时，莫尔条纹也相应地欲动一个莫尔条纹间距粕。
因此，可以通过莫尔条纹的移动来测量光栅移动的大小和方向。
对于一个固定的观测点，其光强随莫尔条纹的移动，亦即随光栅的移动按近似余弦的规律变化，光栅每移动一个栅距，光强变化一个周期。
如果在该观测点放置一个光电元件(一般用硅光电池、光敏二极管或三极管)，就可把光强信号转变成按同一规律变化的电信号，即由公式(2．2)所示。
可以看出，在莫尔条纹间距BH的1／4，3／4处信号变化斜率最大，灵敏度最高，故通常都以这些点作为观测点。
通过整形电路，把正弦信号转变成方波脉冲信号，每经过一个周期输出一个方波脉冲，这样脉冲数Ⅳ就与光栅移动过的栅距数相对应，因而位移X=Nd。
2．2辨向电路对于一个固定的观测点，不论光栅向哪个方向运动，光照强度都只是作明暗交替变化，光敏元件总是输出同一规律的变化的电信号，因此仅依该信号是无法判别光栅移动的方向的。
为了辨别方向，通常在相距B／4的位置安放两个光敏元件l和2，如图2．3所示，从而获得相位相差为900的两个币弦信号。
然后把这两个电压信号U1和U2输入到图24所示的辨向电路进行处理。
当标尺光栅向左移动，莫尔条纹向上移动时，光敏元件l和2分别输出图2-5(a)所示的电压信号Ul和U2，经放大整形后得到相位相差90度的两个方波信号经反相后得到U”1方波。
和u”1和u’1经RC微分电路后得到两组光脉冲信号U ‘1w和U”1w，分别输入到与门YI和Y2的输入端。
对与门Y1，由于U’1w处于高电平时，u'2总是低电平，故脉冲被阻塞，YI无输出；对与门Y2，U ”1w处于高电平，u'2也正处于高电平，故允许脉冲通过，并触发加减控制触发器使之置”l”，可逆计数器对与门Y2输出的脉冲进行加法计数。
同理，当标尺光栅反向移动时，输出信号波形如图2．5(b)，与门Y2阻塞，Yl输出脉冲信号使触发器置”0”，可逆计数器对与门Y1输出的脉冲进行减法计数。
这样每当光栅移动一个栅距时，辨向电路只输出一个脉冲，计数器所计的脉冲数即代表光栅位移X3 发展现状3．1国外相关技术发展现状光栅位移测量起源于20世纪50年代，1953年英国Ferranti公司的爱丁堡实验室建立了第1个利用莫尔条纹系统测量位移的工作样机。
1954年，GUILD在其著作“The interference system of crossed diffractiongratings”中首次提出莫尔干涉的思想。
1967年，POST首次根据GUILD提出的原理，把1块粗光栅和1块细光栅组合到一起，通过合理地选择衍射光的级次，实现了条纹倍增，得到了相当于采用2001ine／mm光栅的测量灵敏度。
20世纪80年代初期，POST等人用Lloyd反射镜和光栅构造了一个简单的莫尔干涉系统，实现了相当于采用40001ine／mm光栅的灵敏度，这才使莫尔干涉位移测量真正走上了实用的阶段【1】。
从20世纪70年代以来，数显量具随着微电子、激光技术、传感技术、计算机等前沿技术的迅猛发展而迅速发展起来，并逐步开始替代传统机械量具，同时由于光刻、复制技术和微电子技术的发展，使光栅测量系统生产成本大大下降，可靠性增高，测量长度和精度也得到迅速提高，因此国外在70年代光栅测量系统就用于数显和数控机床，从当初占机床测量系统的10％发展到今天占到80％17J。
目前全世界能制造光栅测量系统的国家有德国、日本、英国、西班牙、意大利、奥地利、俄国和韩国等。
在数显装置方面，国外的数显装置发展按照元件进步划分，经历了分离原件、集成电路和微机三阶段；按功能划分可分为普通型、功能型、智能型三类。
其中智能型数显装置可按人的意志编制程序并根据环境变化自动修正误差，因此国外的数显装置发展已经达到了一个很高的水平。
以德国的海德汉公司为例，其技术、品种和产量都领先于其他国家191。
其产品利用可编程器件PLC将电路集成于控制系统，具有较高的稳定性。
目前国际数显高端产品市场仍由欧美及日本企业垄断。
德国海德汉垄断高档光栅传感器及其测量系统的生产与销售，2003年销售额达7亿欧元，占全世界60％以上的光栅数显产品市场；日本三丰公司是世界最大容栅量具量仪生产厂，占世界容栅量具市场50％，2003年销售额高达8亿美元。
3．2国内相关技术发展现状中国数显量具行业起步于20世纪80年代，经过长时间的发展，我国量具行业已经初步形成产品门类比较齐全，具有一定生产规模和开发能力的产业体系，成为全球除日本外第二大量具生产国。
据不完全统计，2006年我国工量具生产企业总数为400多家，其中以生产量具为主的企业约为100多家。
2006年我国量刃具工业总产值244．89亿元，与2005年同比增长28．3％；产品销售收入230．45亿元，与2005年同比增长27．7％。
我国已迅速发展成为世界第二大的数显量具生产基地。
近两年来国内的镀膜、光刻和复制技术都有很大提高，制造和检测环境都有较大改善，主要厂家都能制造3米以内的光栅尺，准确度在正负10μm的基础上向正负5μm提高，测量速度也由48m／min提高到了60m／min，其中信和公司l μm分辨率的光栅尺能达到120m／min，并应用在三轴联动的数控铣床中。
在产品开发方面莱格公司也开发了钢带光栅尺和绝对式直线光栅尺。
国产光栅尺(玻璃透射光栅)总体指标为：栅距：40μm，20μm和10μm；分辨率：10μm，5μm，Iμm和0.5μm；最大测量长度：3m(接长可至12m)；系统准确度：正负10μm、正负5μm；测量速度：48m／min，60m／min。
在光栅数显表的硬件方面，国内的生产厂商普遍采用可编程逻辑器件(PLD)及现场可编程门阵YlJ(FPGA)。
缩短了产品开发周期，降低了制造成本，大大地压缩了电路结构，在普遍采用的表面安装技术(SMT)的基础上数显表都做成了低功耗的单板结构，电源几乎都采用输人电压为100--．240V的开关电源，机箱也采用了铸铝的轻型结构，总的说来数显表已大大地缩小了和国外产品的差距。
现在光栅测量系统的应用除了各种机床外已广泛用于投影仪、影像仪、对刀仪等。
我国数显行业初步形成了与国际一流企业竞争的基本条件，进入了良性循环的态势，加之国际数显市场良好的前景，不难预见，在未来五年，我国整个数显行业将步入发展的快行道4 几种光栅干涉测位移方法4.1 双波长单光栅干涉单光栅位移测量系统虽然测量分辨率很高，但测量精度尚未达到理想的纳米级水平。
双波长单光栅位移测量实质是将单光栅衍射理论与双频外差干涉理论相结合，利用各自的光学优点，再配合外差干涉信号处理方法，从而构造大量程纳米级精度的位移测量系统。
由光的叠加与干涉理论知道，两个同向振动但频率相近的光波合成时将形成拍，其频率之差为拍频，拍频实际上是单位观测时间内合光强强度变化的次数。
4.1.1 主要特点：（1）由于光栅位移测量量程取决于所采用光栅的长度，这里采用价格适中的低线数长光栅，可实现大量程的测量范围。
同时，系统的光学细分倍数为2m，当采用较高的衍射级次进行测量时，光学细分倍数一般可超过20 倍。
（2）由理论推导可知，双波长单光栅式干涉测量方法的测量基准是光栅栅距d，而不是光波波长λ。