檢測裝置光柵的工作原理

『壹』 光柵感測器工作原理（簡答題）

光柵的Bragg波長lB由下式決定：
lB=2nL ⑴
式中，n—芯模有效折射率； L—光柵周期。
當光纖光柵所處環境的溫度、應力、應變或其它物理量發生變化時，光柵的周期或纖芯折射率將發生變化，從而使反射光的波長發生變化，通過測量物理量變化前後反射光波長的變化，就可以獲得待測物理量的變化情況。如利用磁場誘導的左右旋極化波的折射率變化不同，可實現對磁場的直接測量。此外，通過特定的技術，還可實現對應力和溫度的分別測量和同時測量。通過在光柵上塗敷特定的功能材料（如壓電材料），對電場等物理量的間接測量也能實現。
1、啁啾光纖光柵感測器的工作原理
上面介紹的光柵感測器系統，光柵的幾何結構是均勻的，對單參數的定點測量很有效，但在需要同時測量應變和溫度或者測量應變或溫度沿光柵長度的分布時就顯得力不從心。此時，採用啁啾光纖光柵感測器就就是一個不錯的選擇。
啁啾光纖光柵由於其優異的色散補償能力而應用在高比特遠程通信系統中。與光纖Bragg光柵感測器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下，啁啾光纖光柵除了DlB的變化外，光譜的展寬也會發生變化。這種感測器在應變和溫度均存在的場合是非常有用的。由於應變的影響，啁啾光纖光柵反射信號會拓寬，峰值波長也會發生位移，而溫度的變化則由於折射率的溫度依賴性（dn/dT），僅會影響重心的位置。因此通過同時測量光譜位移和展寬，就可以同時測量應變和溫度。
2、長周期光纖光柵（LPG）感測器的工作原理
長周期光纖光柵（LPG）的周期一般認為有數百微米，它在特定的波長上可把纖芯的光耦合進包層，其公式如下：
li=(n0- niclad）·L ⑵
式中，n0—纖芯的折射率；niclad—i階軸對稱包層模的有效折射率。
光在包層中將由於包層/空氣界面的損耗而迅速衰減，留下一串損耗帶。一個獨立的LPG可能在一個很寬的波長范圍上有許多的共振，其共振的中心波長主要取決於芯和包層的折射率差，由應變、溫度或外部折射率變化而產生的任何變化都能在共振中產生大的波長位移，通過檢測Dli，就可獲得外界物理量變化的信息。LPG在給定波長上共振帶的響應通常有不同的幅度，因而適用於構建多參數感測器。

『貳』 光柵感測器的工作原理（簡答題）

光柵的Bragg波長由下式決定：
lB=2nL ⑴
式中，n—芯模有效折射率； L—光柵周期。
當光纖光柵所處環境的溫度、應力、應變或其它物理量發生變化時，光柵的周期或纖芯折射率將發生變化，從而使反射光的波長發生變化，通過測量物理量變化前後反射光波長的變化，就可以獲得待測物理量的變化情況。如利用磁場誘導的左右旋極化波的折射率變化不同，可實現對磁場的直接測量。此外，通過特定的技術，還可實現對應力和溫度的分別測量和同時測量。通過在光柵上塗敷特定的功能材料（如壓電材料），對電場等物理量的間接測量也能實現。
1、啁啾光纖光柵感測器的工作原理
上面介紹的光柵感測器系統，光柵的幾何結構是均勻的，對單參數的定點測量很有效，但在需要同時測量應變和溫度或者測量應變或溫度沿光柵長度的分布時就顯得力不從心。此時，採用啁啾光纖光柵感測器就就是一個不錯的選擇。
啁啾光纖光柵由於其優異的色散補償能力而應用在高比特遠程通信系統中。與光纖Bragg光柵感測器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下，啁啾光纖光柵除了DlB的變化外，光譜的展寬也會發生變化。這種感測器在應變和溫度均存在的場合是非常有用的。由於應變的影響，啁啾光纖光柵反射信號會拓寬，峰值波長也會發生位移，而溫度的變化則由於折射率的溫度依賴性（dn/dT），僅會影響重心的位置。因此通過同時測量光譜位移和展寬，就可以同時測量應變和溫度。
2、長周期光纖光柵（LPG）感測器的工作原理
長周期光纖光柵（LPG）的周期一般認為有數百微米，它在特定的波長上可把纖芯的光耦合進包層，其公式如下：
li=(n0- niclad）·L ⑵
式中，n0—纖芯的折射率；niclad—i階軸對稱包層模的有效折射率。
光在包層中將由於包層/空氣界面的損耗而迅速衰減，留下一串損耗帶。一個獨立的LPG可能在一個很寬的波長范圍上有許多的共振，其共振的中心波長主要取決於芯和包層的折射率差，由應變、溫度或外部折射率變化而產生的任何變化都能在共振中產生大的波長位移，通過檢測Dli，就可獲得外界物理量變化的信息。LPG在給定波長上共振帶的響應通常有不同的幅度，因而適用於構建多參數感測器。

『叄』 光柵尺的工作原理和種類

光柵尺，也稱為光柵尺位移感測器（光柵尺感測器），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。光柵尺經常應用於數控機床的閉環伺服系統中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。例如，在數控機床中常用於對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償刀具的運動誤差的作用。
工作原理：
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，並且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位於幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。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。
W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ 。
莫爾條紋具有以下特徵：
(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。由於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。由於傾角很小，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。
(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，消除了由於柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。
種類：
光柵可以分為閉式光柵和開式光柵。閉式光柵：為了防塵，把光柵及讀數頭組合並封閉在鋁長盒內；開式光柵：光柵及讀數頭均暴露在空氣中。
光柵還可分為絕對光柵和相對光柵。絕對光柵：讀數頭在光柵的任一位置，其讀數均是固定的；相對光柵（增量式光柵）：讀數頭在任一位置的讀數並不一定，和所設的零點位置或預置點的讀數有關，任一位置的讀數皆是從所設點（零點或預置數）按增減脈沖的計數來顯示位置。

『肆』 光柵位移感測器的工作原理

光柵尺位移感測器（簡稱光柵尺），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋專裝置。光柵位移傳屬感器的工作原理，是由一對光柵副中的主光柵（即標尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進行相對位移時，在光的干涉與衍射共同作用下產生黑白相間（或明暗相間）的規則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經過光電器件轉換使黑白（或明暗）相同的條紋轉換成正弦波變化的電信號，再經過放大器放大，整形電路整形後，得到兩路相差為90°的正弦波或方波，送入光柵數顯表計數顯示。
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『伍』 光柵位移檢測裝置由哪些部件組成它的工作原理是什麼

光柵尺位移抄感測器（簡襲稱光柵尺），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置。光柵尺位移感測器經常應用於機床與現在加工中心以及測量儀器等方面，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。例如，在數控機床中常用於對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償刀具的運動誤差的作用

『陸』 光柵原理

柵測量系統是由光柵尺與光柵數顯表組成。光柵尺把採集到的位移信號傳輸到光柵數顯表來顯示測量結果。光柵尺的位移信號經光電二極體轉化為弦波信號，然後經過細分電路和整形電路轉化為單片機能夠識別的方波信號。
按照工作原理光柵可分為計量光柵和物理光柵 。計量光柵是通過光柵的莫爾條紋現象進行位移的精密測量和控制的，計量光柵一般比較粗；物理光柵主要用作散射元件進行光波長的測定及光譜分析。光柵尺是計量光柵中的一種。
光柵感測器主要是由光源、照明系統、主光柵、指示光柵、接收光學系統、光電接
收元件等組成

『柒』 光柵尺的原理及結構

結構：

光柵尺是由標尺光柵和光柵讀數頭兩部分組成。標尺光柵一般固定在機床固定部件上，光柵讀數頭裝在機床活動部件上，指示光柵裝在光柵讀數頭中。右圖所示的就是光柵尺的結構。

光柵檢測裝置的關鍵部分是光柵讀數頭，它由光源、會聚透鏡、指示光柵、光電元件及調整機構等組成。光柵讀數頭結構形式很多，根據讀數頭結構特點和使用場合分為直接接收式讀數頭(或稱硅光電池讀數頭、鏡像式讀數頭、分光鏡式讀數頭、金屬光柵反射式讀數頭）。

原理：

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，並且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位於幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為「莫爾條紋」。

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。

(7)檢測裝置光柵的工作原理擴展閱讀

使用注意事項

（1）光柵尺感測器與數顯表插頭座插拔時應關閉電源後進行。

（2）盡可能外加保護罩，並及時清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴格防止任何異物進入光柵尺感測器殼體內部。

（3）定期檢查各安裝聯接螺釘是否松動。

（4）為延長防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻塗上一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。

（5） 為保證光柵尺感測器使用的可靠性，可每隔一定時間用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面，保持玻璃光柵尺面清潔。

（6） 光柵尺感測器嚴禁劇烈震動及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵尺感測器即失效了。

『捌』 光柵測量原理

復測量光柵是一種特殊制的光電感測器，與普通的對射式光電感測器一樣，包含相互分離且相對放置的發射器和收光器兩部分，但其外形尺寸較大，為長管狀。測量光幕發射器產生的檢測光線並非如普通感測器般只有一束，而是沿長度方向定間距生成光線陣列，形成一個「光幕」，以一種掃描的方式，配合控制器及其軟體，實現監控和測量物體外形尺寸的功能。

『玖』 光柵工作原理

光柵的工作原理：

一、折射原理

利用光柵視覺軟體把不同的圖案轉化成光柵線數，利用光柵折射的原理，在不同的角度呈現出不同的圖案，如右圖所示，不同規格的光柵會有不同的折射效果與折射角度，觀賞距離也會有所不同，所以在設計光柵效果圖檔的時候，必須先了解光柵才能設計出符合光柵特性的設計圖。

二、視覺效果

光柵效果可以分為以下幾種：立體[3D]、兩變[Flip]、變大變小[Zoom]、爆炸[Explosion]、連續動作[Animation]、扭轉[Twist]等，其實可以更簡化分類為：立體[3D]、變圖[Flip]，在變圖中就涵蓋所有變化的效果，這些效果可以透過許多市面上的動畫軟體、繪圖軟體、網頁多媒體軟體，產生所需要的分解圖檔，經由光柵視覺軟體將分解圖合成為光柵線數即可將平面的效果做成立體[3D]、變圖[Flip]的特殊效果。

注意事項：

圖層必須獨立且影像完整。

圖檔解析度300dpi。

檔案格式必須為PSD檔，[CMYK、RGB]皆可。

背景圖層必須出血至少1CM。

三、光柵原理

光柵也稱衍射光柵。是利用多縫衍射原理使光發生色散（分解為光譜）的光學元件。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫（刻線）的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵每個縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細的圖樣，這些銳細而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異，當復色光通過光柵後，不同波長的譜線在不同的位置出現而形成光譜。光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。

四、分光原理

對於給定的光柵，不同波長的同一級主級大或次級大（構成同一級光柵光譜中的不同波長譜線）都不重合，而是按波長的次序順序排列，形成一系列分立的譜線。這樣，混合在一起入射的各種不同波長的復合光，經光柵衍射後彼此被分開。這就是衍射光柵的分光原理。

(9)檢測裝置光柵的工作原理擴展閱讀：

光柵主要有：狹縫光柵和柱鏡光柵兩類，狹縫光柵即線型光柵是最早較為成熟的光柵，其成像原理為針孔成像的原理。 因這種光柵比較容易製作，技術難度不大，所以在十幾年前就有製作非常優美的大幅狹縫光柵立體燈箱廣告出現。現今一些立體製作公司仍樂於用狹縫光柵立體燈箱參與展覽，效果是不錯，但狹縫光柵立體燈箱有以下缺陷：透光率僅20%～30%，不環保，不節能，照明燈多耗能大，發熱大，室外亮度不夠，僅適用於室內。

柱鏡光柵種類繁多主要有板材和模材兩大類，其成像原理為弧面透鏡折射反射成像原理。柱鏡光柵潛力較大，室內外打不打燈都可使用，市場普及率正不斷擴大。光柵膜材曾一度因具有價格競爭力而風靡過一陣，但由於柱鏡光柵板價格的逐步下降，以及膜材需要粘貼及技術還有待提高的原因使其競爭力未顯突出。