光栅与激光位移测量技术详解

"[第7讲]光栅和激光位移测量技术.ppt" 本文将深入探讨光栅和激光位移测量技术，这两种技术在现代精密测量领域中扮演着至关重要的角色。首先，我们来了解光栅式传感器。 光栅式传感器是一种基于等节距透光和不透光刻线的光学元件，它主要分为物理光栅和计量光栅。物理光栅常用于分析光谱和测定波长，而计量光栅则应用于精密位移测量。根据其设计和运动方式，光栅可分为长光栅（用于直线位移测量）和圆光栅（用于角位移测量）。光栅的测量范围由其长度决定，而测量精度则取决于刻线密度，常见的刻线密度有10、25、50、100、125线/mm。 莫尔条纹（Moire）是光栅传感器的核心概念，它是两个光栅之间的相对移动产生的明暗交替的条纹图案。条纹的宽度受光栅间距（W-栅距）、线宽（a-线宽）和缝宽（b-缝宽）的影响。当两个光栅平行时，会产生光闸莫尔条纹；而当它们不平行时，则形成纵向莫尔条纹。莫尔条纹具有方向性、同步性、放大性和可调性，这些特性使其成为精确测量位移的有效工具。 光栅传感器的分类主要依据运动形式和光学形式。按照运动形式，有直线型和旋转型，前者适用于直线移动，后者适用于旋转运动。根据光学形式，有透射式和反射式，前者将光源和光电元件置于光栅两侧，后者则在同一侧。 接下来，我们将关注圆光栅传感器，包括径向光栅、切向光栅和环形光栅。径向光栅产生圆弧形莫尔条纹，条纹宽度随位置变化，这使得它们在不同应用中表现出不同的特性。切向光栅则产生环形莫尔条纹，形成以光栅中心为圆心的同心圆，适合高精度角度测量和分度。环形光栅则产生辐射形莫尔条纹，进一步拓展了光栅的应用范围。 激光干涉测量系统是另一种关键的位移测量技术，它利用激光的干涉原理进行精密测量。激光的相干性使得它可以形成稳定的干涉图案，通过分析这些图案的变化，可以极其精确地确定物体的微小位移。激光测距系统则基于时间飞行原理，通过测量激光脉冲从发射到反射回来的时间来计算距离，广泛应用于遥感、工业检测等领域。 光栅和激光位移测量技术是精密测量技术中的重要组成部分。光栅传感器通过莫尔条纹实现位移放大和精度提升，而激光测量系统则利用激光的特性实现了非接触、高精度的测量。这些技术在机械工程、航空航天、电子制造等众多行业中都有广泛应用，对于提升产品性能和质量有着不可忽视的作用。