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光柵檢測裝置的工作原理為何?


光柵檢測裝置的工作原理為何?

工作原理

  常見光柵的工作原理都是根據物理上莫爾條紋的形成原理進行工作的。壓力傳感器當使指示光柵上的線紋與標尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時,必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下,交叉點近旁的小區域內由于黑色線紋重疊,因而遮光面積最小,擋光效應最弱,光的累積作用使得這個區域出現亮帶。相反,距交叉點較遠的區域,因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少,不透明區域面積逐漸變大,即遮光面積逐漸變大,使得擋光效應變強,只有較少的光線能通過這個區域透過光柵,使這個區域出現暗帶,從而便形成了我們所見到的摩爾條紋。

莫爾條紋
   以透射光柵為例,當指示光柵上的線紋和標尺光柵上的線紋之間形成一個小角度θ,并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時,在光源的照射下,位于幾乎垂直的柵紋上,形成明暗相間的條紋。東莞壓力傳感器這種條紋稱為“莫爾條紋” (右圖所示)。嚴格地說,莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度,以W表示。

莫爾條紋

W=ω /2* sin(θ/2)=ω /θ ?!?

  莫爾條紋具有以下特征:

  (1)莫爾條紋的變化規律

  兩片光柵相對移過一個柵距,莫爾條紋移過一個條紋距離。壓力變送器由于光的衍射與干涉作用,莫爾條紋的變化規律近似正(余)弦函數,變化周期數與光柵相對位移的柵距數同步。

  (2)放大作用

  在兩光柵柵線夾角較小的情況下,莫爾條紋寬度W和光柵柵距ω、柵線角θ之間有下列關系。式中,θ的單位為rad,W的單位為mm。由于傾角很小,sinθ很小,則

  W=ω /θ

  若ω =0.01mm,θ=0.01rad,則上式可得W=1,即光柵放大了100倍。

莫爾條紋計算

(3)均化誤差作用

  莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成,例如每毫米100線的光柵,10mm寬度的莫爾條紋就有1000條線紋,這樣柵距之間的相鄰誤差就被平均化了,消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。

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