光电仪器设计——第七章.ppt

光电仪器设计§7.1光栅的类型一、物理光栅二、计量光栅§7.2莫尔条纹原理§7.2莫尔条纹原理1．莫尔条纹的方程式1．莫尔条纹的方程式2．莫尔条纹的间距1．横向莫尔条纹1．横向莫尔条纹1．横向莫尔条纹1．横向莫尔条纹2．纵向莫尔条纹2．纵向莫尔条纹3．斜向莫尔条纹3．斜向莫尔条纹3．斜向莫尔条纹3．斜向莫尔条纹3．斜向莫尔条纹§7.2莫尔条纹原理1．莫尔条纹与光栅运动方向的关系1．莫尔条纹与光栅运动方向的关系2．莫尔条纹间距与光栅栅距的关系2．莫尔条纹间距与光栅栅距的关系2．莫尔条纹间距与光栅栅距的关系3．莫尔条纹与光栅栅距误差的关系3．莫尔条纹与光栅栅距误差的关系4．莫尔条纹的波形特性4．莫尔条纹的波形特性§7.2莫尔条纹原理1．径向光栅的圆弧莫尔条纹2．切向光栅的环形莫尔条纹2．切向光栅的环形莫尔条纹§7.2莫尔条纹原理相位光栅又称闪耀光栅，光栅的截面为锯齿状，通常采取刻划的方法制成。相位光栅又称闪耀光栅，光栅的截面为锯齿状，通常采取刻划的方法制成。§7.3光栅的零位系统§7.4光栅参数的选择§7.5光栅的误差§7.5光栅的误差§7.5光栅的误差§7.6光栅的固定和调整方法§7.7光栅的光电读数§7.7光栅的光电读数§7.7光栅的光电读数1、计数脉冲的形成2、测量方向的判别2、测量方向的判别§7.8光栅读数头§7.8光栅读数头1、光栅读数头的基本组成部分2、光栅读数头的分类1、直读式读数头2、分光式读数头3、镜像式读数头4、调相式读数头三、光栅信号的光电计数光栅读数头是将光栅的光信号转换成电信号的装置，为光栅计数和电子细分提供原始信号。通常把光栅读数头叫做光栅发讯器或光栅传感器。光栅读数头是一个独立装置，一般不包括主光栅。但在论述光栅读数头的组成与工作原理时又包括主光栅在内。一、光栅读数头的基本构造和分类光栅读数头由光源照明系统，莫尔条纹形成系统和光电接收系统三个部分组成。当光电接收器采用硅光电池时，由于它的受光面积较大，可直接与光栅莫尔条纹的间距相匹配，此时可以不用物镜光学系统5，而直接接收莫尔条纹光信号，使结构紧凑。在白光照射下，莫尔条纹的反差K可由下列公式计算式中:—照明光源的灯丝宽度；—照明聚光镜的焦距；—光栅的栅距；—光栅副的间隙。四、光栅副间隙的选择2、根据条纹反差决定间隙值2、根据条纹反差决定间隙值若令=2mm，=26mm，分别对=4μm和=10μm两种计量光栅进行计算，可得到如图4-18所示的条纹反差曲线图。从图中看出，为了达到80%的反差，对于栅距=0.004mm的光栅，间隙应取=0.015mm左右；对于栅距=0.01mm的光栅，间隙量应取=0.04mm左右。四、光栅副间隙的选择由莫尔条纹反差的要求来看，栅距=0.004～0.01mm的光栅，光栅副的间隙应在0.015～0.04mm之间选取。适当增加光栅副的间隙，可使条纹的波形更接近于正弦波，以满足电子细分的要求。四、光栅副间隙的选择2、根据条纹反差决定间隙值计量光栅大多在构成莫尔条纹的情况下使用，由于莫尔条纹的平均误差作用，使光栅局部刻划误差的影响大为减小。粗略地描述了平均误差与单栅误差之间的关系。因为常用的栅距=0.01～0.05mm，若取硅光电池接收器长度尺寸为10mm，则硅光电池所覆盖的光栅刻线总数=200～1000线对，所以光栅的平均误差与单个栅距误差之比仅为1/14～1/32。由此可见，莫尔条纹的平均误差作用很大。实际上莫尔条纹每变化一个周期，光栅只移动一个栅距，也就是说，在200～1000条刻线中只改变了一条刻线。因此单个栅距误差在短周期内的影响，要比式反映的更小。莫尔条纹所平均的栅距误差，是以光电接收器长度为周期的。因此莫尔条纹的平均误差作用，只能减小光栅刻划误差中的短周期误差。长光栅的栅距误差，一般水平为微米数量级；圆光栅为角秒数量级。国际先进水平为：长光栅±0.5μm/m，圆光栅。左图是采用莫尔条纹进行检验而得到的光栅误差曲线。从图中看出，局部位置的短周期误差很小，但