THQGS型光栅传感器实验指导书.docx

THQGS-1型光栅传感器试验箱

THQGS-1型光栅传感器试验箱

天煌科技1天煌教仪

天煌科技

1

天煌教仪

目录

TOC\o“1-1“\h\z\u\l“_TOC_250002“前言 1

\l“_TOC_250001“THQGS-1型光栅传感器试验箱试验指导书 2

\l“_TOC_250000“THQGS-1型光栅传感器试验箱使用说明书 12

前言

光栅应用于技术领域已有一百多年的历史。早期人们是利用光栅的衍射效应进展光谱分析和光波长的测量，到了20世纪50年月人们才开头利用光栅的莫尔条纹现象进展周密测量，从而消灭了光栅传感器。光栅传感器具有很多优点，如测量精度高。在圆分度和角位移测量方面，一般认为光栅传感器是精度最高的一种，可实现大量程测量兼有高区分率；可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化；且具有较强的抗干扰力量等。因此近些年来，光栅传感器在周密测量领域中的应用得到了快速进展。

THQGS-1型光栅传感器试验箱

THQGS-1型光栅传感器试验箱

天煌科技2天煌教仪

天煌科技

2

天煌教仪

一、试验目的

THQGS-1型光栅传感器试验箱试验指导书

光栅传感器测量位移试验

了解光栅传感器测量位移的原理。

学习光栅传感器测量位移的方法。

加深对莫尔条纹形成的光学原理、位移放大作用和误差平均效应的理解。二、试验设备

THQGS-1型光栅传感器试验箱。三、试验原理

根本工作原理

在玻璃尺、玻璃盘或金属上类似于刻线标尺或度盘那样，进展长刻线〔一盘为10～12mm〕的密集刻划，得到如图1〔a〕或〔b〕所示的黑白一样、间隔细小的条纹，没有刻划的白处透光，刻划的黑处不透光，这种具有周期性的刻线分布的光学元件称为光栅。光栅上的刻线称为栅线，栅线的宽度为a，缝隙宽度为b，一般都取a=b，而W=a+b，W称为光栅的栅距〔也称光栅常数或光栅的节距〕，它是光栅的重要参数。

(a)

(b)

图1 光栅栅线放大图

光栅传感器是由光源、透镜、主光栅、指示光栅和光电元件构成的，而光栅是光栅传感器的主要部件，如图2所示。光栅传感器的根本工作原理是用光栅的莫尔条纹现象进展测量的。取两块光栅栅距一样的光栅，其中光栅3为主光栅、光栅4为指示光栅，指示光栅比主光栅要

短，这两者刻面相对，中间留有很小的间隙d，便组成了光栅副。将其置于由光源1和透镜2形成的平行光束的光路中，假设两光栅栅线之间有很小的夹角θ，则在近似垂直于栅线方向上就显现出比栅线W宽得多的明暗相间的条纹6，这种由光栅重叠形成的光学图案称为莫尔条纹，其信号光强分布如图2中曲线7所示。中间为亮带，上下为两条暗带。当主光栅沿垂直于栅线的x方向每移动过一个栅距W时，莫尔条纹近似沿栅线方向移过一个条纹间距。用光电元件5接收莫尔条纹信号，经电路处理后计数器计数可得主光栅移动的距离。

图2 光栅传感器的构成原理图

对于波长为?的光源来说，要求光栅副间的间距d=W

电接收元件一般承受光电池和光敏三极管。

光栅的种类

2/?；光源一般承受钨丝灯泡；光

光栅的种类很多，假设按工作原理分，有物理光栅和计量光栅两种，前者用于光谱仪器，作色散元件，后者主要用于周密测量和周密机械的自动掌握中。而计量光栅按其用途可分为长光栅和圆光栅两类。计量光栅的分类如图3所示。

图3 计量光栅的分类

长光栅

长光栅主要用于测量长度或直线位移，它的刻线相互平行，条纹密度有每毫米25、50、100、

250条等。依据栅线形式的不同长光栅分为黑白光栅和闪耀光栅。黑白光栅是指只对入射光波的振幅或光强进展调制的光栅，所以也称幅值光栅或振幅光栅。图4所示的透射光栅就是黑白

光栅的一种。闪耀光栅是对入射光波的相位进展调制，也称相位光栅。闪耀光栅的线槽断面分对称型和不对称型两种。

图4 黑白透射长光栅

依据光线的走向，长光栅又分为透射光栅和反射光栅。透射光栅是将栅线刻制在透亮的玻璃上，反射光栅的栅线则刻制在具有强反射力量的金属〔如不锈钢或玻璃镀金属膜〕上。

圆光栅

圆光栅是把细条纹刻在玻璃圆盘上，也称光栅盘，主要用透射的，主要用来测量角度或角位移。圆光栅的构造如图5所示。依据刻划的方向，可分为两种，一种是径向光栅，其栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心。另一种是切向光栅，其全部栅线与一个和光栅盘同心的小圆相切，此小圆直径很小，只有零点几到几个毫米，适用于精度要求较高的场合。径向光栅、切向光栅如图6所示。

图5 圆光栅构造图

THQGS-1

THQGS-1型光栅传感器试验箱

天煌科技5天煌教仪

天煌科技

5

天煌教仪

〔a〕径向光栅 〔b〕切向光栅图6 径向光栅、切向光栅