透射与反射光栅详解：光栅传感器的工作原理与结构

光栅传感器是一种精密的位移测量设备，其工作原理基于光栅叠栅条纹原理。基本构造包括光栅、标尺光栅、指示光栅、光路系统以及测量系统。光栅主要由等宽等间距的平行狭缝组成，常见的有透射光栅和反射光栅两种类型。透射光栅是在玻璃片上刻出大量刻痕，非刻痕部分不透明，而刻痕间的光滑区域允许光线通过；反射光栅则在金属层表面刻痕，刻痕间的反射面反射光线。 透射光栅利用光的衍射特性，当标尺光栅相对于指示光栅移动时，会产生一系列明暗相间的叠栅条纹，这些条纹以光栅移动的速度移动。条纹的间距与光栅的栅距成正比，因此，通过测量条纹的移动，可以推算出光栅的相对位移，进而反映被测物体的位移。 光栅传感器的核心组件是莫尔条纹，这是一种由于光栅栅线间微小的夹角导致的干涉现象，使得条纹间距随光栅移动呈现周期性变化。这种结构提供了光学放大作用，同时通过条纹的密集程度平均了测量误差，提高了传感器的精度。 整个系统还包括光源、主光栅和指示光栅。光源的选择至关重要，通常使用钨丝灯泡或高效半导体发光器件，如砷化镓发光二极管，后者具有更高的转换效率和更快的响应速度。主光栅和指示光栅通常由相同的栅距构成，但不完全重合，通过这种设计实现莫尔条纹的产生。 光路系统负责将条纹的移动转化为电信号，这通常通过光电元件（如硅光敏三极管）实现，条纹的移动会在光电元件上形成一系列电脉冲，然后经过放大、整形、方向判别和计数等处理步骤，转化为数字信号输出，直观地显示出被测物体的位移数据。 总结来说，光栅传感器的工作原理涉及光学原理、精密机械运动控制以及信号处理技术，它凭借其高精度和可靠性在工业自动化、测量仪器和精密定位等领域得到了广泛应用。