激光干涉与光栅位移测量技术解析

"激光干涉测量系统-[第7讲]光栅和激光位移测量技术" 激光干涉测量系统是一种基于单频激光的高精度测量技术，它利用光的干涉原理来实现微小位移的精确测量。这种系统的核心在于光栅，光栅是具有等节距的透光和不透光刻线的光学元件，可以分为物理光栅和计量光栅。物理光栅主要用于光谱分析和波长测定，而计量光栅则主要应用于精密位移测量。 在激光干涉测量中，主要有两种类型的光栅：主光栅（固定光栅）和指示光栅（动光栅）。主光栅通常作为标尺，而指示光栅则随着被测物体一起移动。根据光栅的移动方式和光学设置，光栅传感器可以分为直线型和旋转型，以及透射式和反射式。直线型光栅传感器用于直线位移测量，而旋转型光栅传感器则适用于角位移测量。透射式光栅传感器的光源和光电元件分别位于光栅的两侧，而反射式光栅传感器的两者则位于同一侧。 莫尔条纹是光栅测量中的关键现象，它是两个光栅之间的相对运动产生的明暗相间的条纹。莫尔条纹的宽度与光栅的栅距、线宽、缝宽和两光栅之间的夹角有关。莫尔条纹有以下几个重要特性：方向性（与两光栅夹角的角平分线垂直），同步性（光栅移动一个栅距，莫尔条纹移动一个固定间距），放大性（小夹角导致条纹间距增大，从而提高测量灵敏度），可调性和准确性（通过调整夹角改变条纹间距，大量刻线有助于平均误差，提高测量精度）。 光栅传感器的分类主要包括径向光栅、切向光栅和环形光栅。径向光栅产生圆弧形莫尔条纹，其条纹宽度随位置变化，适用于角度和直线位移的测量。切向光栅产生环形莫尔条纹，适合高精度的角度测量和分度。环形光栅则能形成辐射形莫尔条纹，同样适用于角度测量。 激光干涉测量系统的应用广泛，尤其在精密机械、航空航天、半导体制造等领域，它能够提供亚纳米级别的位移精度。结合光栅的不同类型和莫尔条纹的特性，可以实现各种复杂的位移和角度测量任务，确保了在高精度测量中的可靠性和效率。