光栅传感器实用教案.pptx

光栅传感器是一种重要的测量工具，广泛应用于精密机械、光学工程、电子技术等领域。它基于光栅的物理特性，能够将微小的位移变化转换为可见的莫尔条纹变化，从而实现高精度的测量。 光栅的基础知识包括其分类和结构。光栅主要分为透射式和反射式两大类。透射式光栅使用玻璃材料作为基底，光线通过刻线和缝隙交替传播；而反射式光栅则采用金属材料，通过光线在刻线之间的反射来实现光的传输。光栅的结构由密集刻线构成，刻线与缝隙宽度通常相等，共同定义了栅距，这是一个关键参数，用来表示每毫米内栅线的数量，如100线/mm或250线/mm。 莫尔条纹是光栅传感器的核心工作原理。这一现象最早由法国科学家莫尔发现，并由英国物理学家瑞利进一步发展为测量技术。莫尔条纹是由于主光栅和指示光栅的栅线交错产生的干涉效果，当这两者有一定角度（通常很小）叠加时，形成明亮和暗淡相间的条纹。这些条纹的移动和变化直接反映了光栅的相对位移。当夹角θ接近零时，莫尔条纹的间距趋于无限大，形成了所谓的光闸莫尔条纹。 莫尔条纹有两个显著特点：位移放大作用和运动对应关系。位移放大作用意味着即使光栅的栅距非常小，通过莫尔条纹的放大，也可以使得微小的位移变得明显，易于测量。放大系数k与栅距w和两光栅的夹角θ有关，通常k值很大，从而实现了高灵敏度。运动对应关系表明，光栅的微小位移会转化为莫尔条纹的相应移动，且移动方向近似垂直于光栅的移动方向。当光栅移动一个栅距w时，莫尔条纹会移动一个条纹间隔B，这提供了测量光栅位移的直观方式。 在实际应用中，通过调整两光栅间的夹角θ，可以控制莫尔条纹的宽度，确保光电接收元件能够准确接收和解析光信号。例如，对于100线/mm的光栅，当夹角为0.06°时，莫尔条纹的间距可能达到10mm，实现了1000倍的放大。 光栅传感器利用莫尔条纹原理实现了对微小位移的高效测量，其放大效应和运动对应的特性使得高精度的测量成为可能，是现代精密测量技术中的重要组成部分。在教育领域，了解并掌握光栅传感器的工作原理和技术细节，对于培养专业人才，推动科技进步具有重要意义。