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光栅传感器的基本原理是什么?莫尔条纹是如何形成的

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-07-25

  光栅传感器的基本原理是,光栅的Bragg波长是由lB=2nL决定的。当光纤光栅所处环境的温度,应力,应变或其它物理量发生变化时,光栅的周期或纤芯折射率将发生变化,从而使反射光的波长发生变化。

  长周期光纤光栅(LPG)传感器原理,长周期光纤光栅(LPG)的周期一般认为有数百微米,它在特定的波长上可把纤芯的光耦合进包层,其公式是li=(n0- niclad)·L 式中,n0—纤芯的折射率,niclad—i阶轴对称包层模的有效折射率。

  光栅式传感器指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。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。

  莫尔条纹能从,双色或多色网点之间的干涉,各色网点与丝网网丝之间的干涉,作为附加的因素,由于承印物体本身的特性而发生的干涉。使用莫尔条纹防护系统的目的就在于根据你选定的丝网目数,加网线数,印刷色数和加网角度来预测莫尔条纹。

  将两块栅距相同,黑白宽度相同(a=b=τ/2)的标尺光栅和指示光栅尺面平行放置,将指示光栅在其自身平面内倾斜一很小的角度,以便使它的刻线与标尺光栅的刻线间保持一很小的夹角θ,这样在光源的照射下,两块光栅尺的刻线相交,就形成了即莫尔条纹,

  光栅传感器的特点精度高,光栅式传感器在大量程测量长度或直线位移方面仅仅低于激光干涉传感器,在圆分度和角位移连续测量方面,光栅式传感器属于精度最高的,大量程测量兼有高分辨力。

  感应同步器和磁栅式传感器也具有大量程测量的特点,但分辨力和精度都不如光栅式传感器,可实现动态测量,易于实现测量及数据处理的自动化,具有较强的抗干扰能力,对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格,但不如感应同步器和磁栅式传感器的适应性强。

  光栅主要分两大类一是Bragg光栅也称为反射或短周期光栅,二是透射光栅也称为长周期光栅,光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构,从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅,色散补偿型光栅是非周期光栅,又称为啁啾光栅。

  莫尔条纹起放大作用,莫尔条纹的节距W与θ角成反比,θ角越小,则放大倍数越大。这样虽然光栅栅距很小,但莫尔条纹却清晰可见,便于测量。

  莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例,当两光栅尺移动时,莫尔条纹沿着垂直于光栅移动的方向移动。且当光栅尺移动一个栅距,莫尔条纹正好移动一个节距。若光栅尺移动方向改变,莫尔条纹的移动方向也改变。

  这样莫尔条纹的位移刚好反映了光栅的栅距位移。即光栅尺每移动一个栅距,莫尔条纹的光强也经历了由亮到暗,再由暗到亮的一个变化周期,这为后面的信号检测电路提供了良好的条件。

  起均化误差的作用,莫尔条纹是由许多条刻线线mm长的一条莫尔条纹是由2500条刻线组成的,这样栅距间的固有相邻误差就被平均化了。

  以透射光栅为例,当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ,并且两个光栅尺刻面相对平行放置时,在光源的照射下,位于几乎垂直的栅纹上,形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹” 。严格地说,莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度,以W表示。

  两片光栅相对移过一个栅距,莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与干涉作用,莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数,变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步。

  在两光栅栅线夹角较小的情况下,莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系。式中,θ的单位为rad

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