光栅与激光位移测量：莫尔条纹特性与传感器分类

"本文主要介绍了莫尔条纹的特性及其在光栅和激光位移测量技术中的应用。莫尔条纹是由两个光栅以一定角度叠加产生的，具有方向性、同步性、放大性和可调性，能有效提高测量的灵敏度和精度。此外，文章还概述了光栅传感器的分类，包括直线型和旋转型，以及透射式和反射式。对于圆光栅传感器，特别讨论了径向光栅、切向光栅和环形光栅的莫尔条纹特点，以及它们在高精度角度测量和分度中的应用。" 莫尔条纹是光栅测量技术的核心，它是通过将两个光栅以一定的角度叠加在一起，使得光栅的刻线相互干涉而形成的一种明暗交替的条纹图案。这些条纹的特点有： 1. 方向性：莫尔条纹的方向通常垂直于两个光栅之间的角平分线，当两光栅的夹角很小时，条纹会几乎与光栅的移动方向垂直。 2. 同步性：光栅每移动一个栅距，莫尔条纹就会相应地移动一个固定的距离，这种同步性使得光栅的微小位移可以被准确地转化为条纹的移动，便于测量。 3. 放大性：由于莫尔条纹的间距远大于单个光栅的栅距，因此可以实现光学放大，极大地提高了测量的灵敏度。 4. 可调性：通过调整两光栅的夹角，可以改变莫尔条纹的间距，从而适应不同的测量需求。 5. 准确性：由于莫尔条纹是由大量的刻线干涉形成的，因此它具有误差平均效应，能够有效地克服个别或局部的误差，提高测量的精度。 光栅传感器根据运动形式分为直线型和旋转型。直线型传感器通常用于直线位移的测量，而旋转型传感器则适用于角位移的测量。根据光学原理，光栅传感器又可分为透射式和反射式，前者利用光的透射，后者则利用光的反射来检测光栅的位移。 圆光栅传感器包括径向光栅、切向光栅和环形光栅。径向光栅会产生圆弧形莫尔条纹，其宽度随位置变化，适用于高精度的角度测量。切向光栅则产生环形莫尔条纹，适合于分度应用。环形光栅则形成辐射状的莫尔条纹，同样在高精度角度测量中发挥重要作用。 莫尔条纹和光栅技术在现代精密测量领域扮演着至关重要的角色，尤其在激光位移测量中，它们提供了一种高效、准确和可调节的测量手段。通过理解和应用这些特性，工程师可以设计出更高精度的测量设备，服务于科学研究和工业生产等多个领域。