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《光柵的工作原理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、光柵的工作原理常見光柵的工作原理都是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的。圖4-9是其工作原理圖。當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度0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(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點較遠(yuǎn)的區(qū)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(qū)域面積逐漸變?nèi)?，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng)，只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵，使這個區(qū)域出現(xiàn)暗帶。這些與光柵線紋幾
2、乎垂直，相間出現(xiàn)的亮、暗帶就是莫爾條紋。莫爾條紋具有以下性質(zhì)：(1)當(dāng)用平行光束照射光柵時，透過莫爾條紋的光強(qiáng)度分布近似于余弦函數(shù)。(2)若用W表示莫爾條紋的寬度，d表示光柵的柵距，0表示兩光柵尺線紋的夾角，則它們之間的幾何關(guān)系為W=d/sin0(4—15)當(dāng)角很小時，取sin0^0,上式可近似寫成W二d/0(4—16)若取d=O.Olmm,0=0.Olrad,貝！J由上式可得W=lmmo這說明，無需復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和電子系統(tǒng)，利用光的干涉現(xiàn)象，就能把光柵的柵距轉(zhuǎn)換成放大100倍的莫爾條紋的寬度。這種放大作用是光柵的一個重要特點。
3、(3)由于莫爾條紋是由若干條光柵線紋共同干涉形成的，所以莫爾條紋對光柵個別線紋之間的柵距誤差具有平均效應(yīng)，能消除光柵柵距不均勻所造成的影響。⑷莫爾條紋的移動與兩光柵尺Z間的相對移動相對應(yīng)。兩光柵尺相對移動一個柵距d,莫爾條紋便相應(yīng)移動一個莫爾條紋寬度W,其方向與兩光柵尺相對移動的方向乖直，且當(dāng)兩光柵尺和對移動的方向改變時，莫爾條紋移動的方向也隨之適動方向(a)(b)(c)圖4-9光柵工作原理點擊進(jìn)入動畫觀看光柵工作原理示意根據(jù)上述莫爾條紋的特性，假如我們在莫爾條紋移動的方向上開4個觀察窗口A,B,C,D,且使這4個窗口兩兩相距1
4、/4莫爾條紋寬度，即W/4。由上述討論可知，當(dāng)兩光柵尺相對移動時，莫爾條紋隨Z移動，從4個觀察窗口A,B,C,D可以得到4個在相位上依次超前或滯后(取決于兩光柵尺相對移動的方向)1/4周期(即兀/2)的近似于余弦函數(shù)的光強(qiáng)度變化過程，用La,Lb,LC,LD表示，見圖4-9(c)o若采用光敏元件來檢測，光敏元件把透過觀察窗口的光強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，設(shè)為La,Lb,LC,LDO根據(jù)這4個電壓信號，可以檢測出光柵尺的相對移動。1.位移大小的檢測由于莫爾條紋的移動與兩光柵尺之間的相對移動是相對應(yīng)的，故通過檢測Va,Vb,Vc
5、,Vd這4個電壓信號的變化情況，便可相應(yīng)地檢測出兩光柵尺之間的相對移動。Va,Vb,Vc,Vd每變化一個周期，即莫爾條紋每變化一個周期，表明兩光柵尺相對移動了一個柵距的距離；若兩光柵尺Z間的相對移動不到一個柵距，因Va,Vb,Vc,Vd是余弦函數(shù)，故根據(jù)Va,Vb,Vc,Vcl之值也可以計算出其相對移動的距離。2位移方向的檢測在圖4-9(a)中，若標(biāo)尺光柵固定不動，指示光柵沿正方向移動，這吋，莫爾條紋相應(yīng)地沿向下的方向移動，透過觀察窗口A和B,光敏元件檢測到的光強(qiáng)度變化過程La和Lb及輸出的相應(yīng)的電壓信號Va和Vb如圖4-10(
6、a)所示，在這種情況下，巾滯后Vb的相位為Ji/2；反之，若標(biāo)尺光柵固定不動，指示光柵沿負(fù)方向移動，這時，莫爾條紋則相應(yīng)地沿向上的方向移動，透過觀察窗口A和B,光敏元件檢測到的光強(qiáng)度變化過程和及輸岀的相應(yīng)的電壓信號Va和Vb如圖4-10(b)所示，在這種情況下，超前的相位為兀/2。因此，根據(jù)Va和Vb兩信號相互間的超前和滯后關(guān)系，便可確定出兩光柵尺之間的相對移動方向。-圖4-10光柵的位移檢測原理圖圖4-11光柵信息處理線路框圖圖4-10光柵的位移檢測原理圖圖4-11光柵信息處理線路框圖3速度的檢測兩光柵尺的相對移動速度決定著莫
7、爾條紋的移動速度，即決定著透過觀察窗口的光強(qiáng)度的頻率，因此，通過檢Va,Vb,Vc,Vd的變化頻率就可以推斷出兩光柵尺的相對移動速度。如前所述，當(dāng)兩光柵尺有相對位移吋，光柵讀數(shù)頭中的光敏元件根據(jù)透過莫爾條紋的光強(qiáng)度變化，將兩光柵尺的相對位移即工作臺的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成了四路兩兩相差兀/2的電壓信號VA,VB,Vc,V”這四路電壓信號的變化頻率代表了兩光柵尺相對移動的速度；它們每變化一個周期，表示兩光柵尺相對移動了一個柵距;四路信號的超前滯后關(guān)系反映了兩光柵尺的相對移動方向。但在實際應(yīng)用中，常常需要將兩光柵尺的相對位移表達(dá)成易于辨識和
8、應(yīng)用的數(shù)字脈沖量，因此，光柵讀數(shù)頭輸出的四路電壓信號還必須經(jīng)過進(jìn)一步的信息處理，轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)字脈沖形式。0I)放大壞乍3-i/2J/2反向——>iE向圖4-11光柵信息處理線路框圖圖4-11給出了一種用于光柵信息處理的線路框圖。它由三個部分組成，即放大環(huán)節(jié)、整
