当前课程知识点：光电仪器设计 > 第8章 标准器 > 8.5 光栅读数头 > 8.5 光栅读数头
大家好 前几节课我们介绍了
莫尔条纹的原理和探测方法
这节课我们接着来介绍
莫尔条纹的专门部件 光栅读数头
光栅读数头和专门的光栅组合到一起
就构成了测量位移的重要工具 光栅尺
在精密移动台的测量中有重要的应用
光栅读数头的形式有很多
按照光栅的工作条件分
可以分成透射式的和反射式的两类
按照光栅的形式又可以分成
振幅式跟相位式
按照它们的结构和布局来看
又可以有直读式
镜像式和调相式 分光式等等
下面我们来介绍几类典型的光栅读数头
首先来看直读式的读数头
这是最简单的读数头结构
如果光栅是透射式的
照明光源通过透镜准直为平行光
依次透过主光栅和指示光栅
当主光栅和指示光栅发生相对移动时
交变的莫尔条纹信号
由光电接收元件探测
如果光栅是反射式的
探测的思路和透射式是一致的
但系统中增加了一个场镜和物镜
直读式读数头适用于
周期大于0.01mm的振幅型光栅
分辨率比较低
但是它结构简单 安装方便 应用非常广泛
下面我们再来看镜像式的读数头
这个和直读式读数的差别在于
直读式是利用主光栅和指示光栅
产生的莫尔条纹来进行工作的
而镜像式是利用主光栅
和其自身的镜像产生的莫尔条纹
那它的结构是什么样的呢
如果光栅是透射式的
光源通过分光镜和透镜
出射平行光透过主光栅
主光栅通过透镜和反射镜
在原位置处形成了自身的镜像
但当主光栅发生移动时
其镜像的移动方向和它是相反的
主光栅和其镜像产生的莫尔条纹
由分光镜反射后
由光电接收元件来探测
如果光栅是反射式的
产生的莫尔条纹及其探测的方法
也是类似的
下面请大家思考一下
镜像式读数头相比直读式有什么好处呢
一方面当光栅移动时
它和镜像移动的相对速度
是自身速度的两倍
因此测量的灵敏度和直读式的相比
提高了一倍
另一方面是直读式系统当中
主光栅和指示光栅的安装
需要考虑间隙的问题
而镜像式则不存在这个问题
前面介绍的这两种读数头有个共同特点
当光栅不动的时候莫尔条纹也不动
接收元件探测到的是直流信号
在光学测量中有一个重要的思想是
将直流量转变成交流量来测量
一方面能提高系统的抗干扰能力
另外一方面可以更容易地进行相位细分
比如前面大家学习的外差干涉仪
就是采用这个思路
在光栅读数头当中
我们也可以采用类似的思路
下面我们来看调相式的光栅读数头
在光源的外部
放置一个匀速旋转的圆柱光栅
通过圆柱光栅的光束
被分光镜分成两束
分别与主光栅和基准光栅形成莫尔条纹
大家注意
圆柱光栅是一直在匀速旋转的
因此形成的两组莫尔条纹都在一直移动
两个光电接收元件上探测到的是
随时间在周期变化的光强信号
如果主光栅位置发生移动
则相应的周期信号的初相位发生改变
而基准光栅不动
其对应的周期信号初相位不变
因此 根据这两组周期信号的相位差
即可得到主光栅的位移
咱们课上介绍的仅仅是一种调制方法
现在已经发展了很多种调相式的读数头
大家可查阅相关的文献来了解
下面做一个简单的小结
在这一节当中我给大家重点介绍了
光栅读数头的类别
和几种典型的光栅读数头
比如说直读式的 镜像式的 调相式的
它们的结构和工作原理
以及不同读数头的技术特点请大家掌握
这节课就讲到这儿
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
