光栅传感器的原理结构介绍

一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。

精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。

这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅;

如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅成为反射光栅。

由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。

光栅由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。

标尺光栅相对于指示光栅移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。

这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电元件上;

在它们的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量。

光栅传感器的结构及工作原理

光栅传感器的结构均由光源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件这几个主要部分构成。

1、光源：

钨丝灯泡，它有较小的功率，与光电元件组合使用时，转换效率低，使用寿命短。

半导体发光器件，如砷化镓发光，可以在范围内工作，所发光的峰值波长为，与硅光敏的峰值波长接近;

因此，有很高的转换效率，也有较快的响应速度。

2、光栅付：

由栅距相等的主光栅和指示光栅组成。

主光栅和指示光栅相互重叠，但又不完全重合。

两者栅线间会错开一个很小的夹角，以便于得到莫尔条纹。

一般主光栅是活动的，它可以单独地移动，也可以随被测物体而移动;

其长度取决于测量范围。指示光栅相对于光电器件而固定。

3、通光孔：

通光孔是发光体与受光体的通路，一般为条形状，其长度由受光体的排列长度决定，宽度由受光体的大小决定。

它是帖在指示光栅板上的。

4、受光元件：

受光元件是用来感知主光栅在移动时产生莫尔条纹的移动，从而测量位移量。

在选择光敏元件时，要考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性、体积等因素。

将主光栅与标尺光栅重叠放置，两者之间保持很小的间隙，并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角θ，如图所示。

当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。

在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；

在两光栅刻线的错开的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。