光栅传感实验原理_第1页
光栅传感实验原理_第2页
光栅传感实验原理_第3页
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文档简介

1、谈及光栅传感实验原理就先说说莫尔条纹现象两只光栅以很小的交角相向叠合时,在相干或非相干光的照明下,在叠合面上将出现明暗相间的条纹,称为莫尔条纹。莫尔条纹现象是光栅传感器的理论基础,它可以用粗光栅或细光栅形成。栅距远大于波长的光栅叫粗光栅,栅距接近波长的光栅叫细光栅。直线光栅两只光栅常数相同的光栅,其刻划面相向叠合并且使两者栅线有很小的交角e,则由于若主光栅与指示光栅之间的夹角为e,光栅栅距为w,则相邻莫尔条纹之间的距离B为sin图1直线光栅莫尔条纹挡光效应(刻线密度=50/mm)或光的衍射作用(刻线密度=100/mm),在与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹,如图1。由上式可知,当改变

2、光栅夹角e,莫尔条纹宽度B也将随之改变。若主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距w,莫尔条纹移动一个条纹间距B。因此,莫尔条纹可以将很小的光栅位移同步放大为莫尔条纹的位移。当得到莫尔条纹相对移动的个数N就可以得到光栅相对移动的位移x为:x=Nw莫尔条纹有如下主要特性:条纹的移动与光栅的相对运动方向相对应在保持两光栅交角一定的情况下,使一个光栅固定,另一个光栅沿栅线的垂直方向运动,则莫尔条纹将沿栅线方向移动。若光栅反向运动,则莫尔条纹的移动方向也相应反向。位移放大作用当两光栅交角0很小时,相当于把栅距w放大了1/0倍。当0=0时Bt,称为光闸莫尔条纹。同步性光栅运动一个栅距w,莫尔条纹相应移动一个条

3、纹间距。径向圆光栅径向圆光栅是指大量在空间均匀分布都指向圆心的刻线形成的光栅。图2是两只节距角相同(即a=a=a)的径向光栅相向叠合产生的莫尔条纹。12若两光栅的刻划中心相距为2S,则莫尔条纹满足如下方程rsx2+y*tanNa丿(、2Stan2Na+1tanNa丿因此,莫尔条纹有如下特点:1)莫尔条纹位一组不同半径的圆方程,圆心位置(为0,土半径为tanNa丿Stan2Na+1tanNa的圆均通过两光栅的中心(S,0)和(-S,0)。(2)条纹的曲率半径随位置不同而变化,靠近外面的曲率半径较大,靠近光栅中心的曲率半径较小。所有图2径向圆光栅莫尔条纹(3)当其中一只光栅转动时,圆族将向外扩张或向内收缩。每转动1个节距角,莫尔条纹移动一个条纹宽度。切向光栅切向圆光栅是由空间分布均匀且都与1个半径很小的同心圆单向相切的众多刻线构成的圆光栅,如图3(A)所示。切向光栅的栅线都切于一个小圆。两只小圆半径均为r,节距角均为a的切向光栅相向同心叠合,其莫尔条纹满足的方程为(2

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