双频激光干涉系统解析:光栅与激光位移测量技术详解

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双频激光干涉测量系统是一种精密的测量技术,主要依靠光栅和激光位移传感器来实现高精度的位移检测。本讲重点介绍了光栅式传感器的工作原理和应用,包括物理光栅和计量光栅的区分,以及它们在直线位移和角位移测量中的应用。 光栅式传感器是基于光的衍射和莫尔条纹现象设计的。它由主光栅(标尺光栅)和指示光栅(动光栅)构成,通过光的干涉形成明暗相间的莫尔条纹。莫尔条纹的特性,如方向性(垂直于角平分线)、同步性(光栅移动一个栅距对应莫尔条纹移动一个间距)、放大性(小夹角下条纹间距大,提高灵敏度)以及可调性和准确性(大量刻线减少误差),使得光栅成为高精度测量的理想选择。 根据运动形式的不同,光栅传感器可分为直线型和旋转型,前者用于直线移动测量,后者则适用于旋转运动。按光学形式划分,有透射式和反射式两种,前者光源和光电元件分别位于两侧,后者两者在同一侧。 圆光栅传感器,如径向光栅和切向光栅,利用莫尔条纹的形状变化进行高精度角度测量。径向光栅的莫尔条纹会随位置改变,表现出不同的倾斜方向,而切向光栅则产生环形莫尔条纹,尤其适合高精度角度分度。此外,环形光栅的辐射形莫尔条纹则提供了另一种测量方式,其条纹宽度随着位置变化,具有独特的优势。 实际应用中,光栅传感器被广泛用于各种精密设备,如精密仪器、机械加工、航空航天等领域,其高精度和可靠性是这些领域不可或缺的测量工具。双频激光干涉测量系统结合了激光的高稳定性和光栅的高精度,能够实现更高级别的测量性能,是现代工业制造中的核心技术之一。