測量光柵傳感器：光柵傳感器的結構及工作原理及特點

原標題：光柵傳感器的結構及工作原理及特點

光柵式傳感器指采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。光柵是由大量等寬等間距的平行狹縫構成的光學器件。

一般常用的光柵是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕為不透光部分，兩刻痕之間的光滑部分可以透光，相當于一狹縫。精制的光柵，在1cm寬度內刻有幾千條乃至上萬條刻痕。

這種利用透射光衍射的光柵稱為透射光柵，還有利用兩刻痕間的反射光衍射的光柵，如在鍍有金屬層的表面上刻出許多平行刻痕，兩刻痕間的光滑金屬面可以反射光，這種光柵成為反射光柵。由光柵形成的疊柵條紋具有光學放大作用和誤差平均效應，因而能提高測量精度。

光柵傳感器由標尺光柵、指示光柵、光路系統和測量系統四部分組成。標尺光柵相對于指示光柵移動時，便形成大致按正弦規律分布的明暗相間的疊柵條紋。

這些條紋以光柵的相對運動速度移動，并直接照射到光電元件上，在它們的輸出端得到一串電脈沖，通過放大、整形、辨向和計數系統產生數字信號輸出，直接顯示被測的位移量。

光柵傳感器的結構及工作原理

光柵傳感器的結構均由光源、主光柵、指示光柵、通光孔、光電元件這幾個主要部分構成。

1、通光孔：通光孔是發光體與受光體的通路，一般為條形狀，其長度由受光體的排列長度決定，寬度由受光體的大小決定。它是帖在指示光柵板上的。

2、受光元件：受光元件是用來感知主光柵在移動時產生莫爾條紋的移動，從而測量位移量。在選擇光敏元件時，要考慮靈敏度、響應時間、光譜特性、穩定性、體積等因素。

3、光源：鎢絲燈泡，它有較小的功率，與光電元件組合使用時，轉換效率低，使用壽命短。半導體發光器件，如砷化鎵發光二極管，可以在 范圍內工作，所發光的峰值波長為 ，與硅光敏三極管的峰值波長接近，因此，有很高的轉換效率，也有較快的響應速度。

4、光柵付：由柵距相等的主光柵和指示光柵組成。主光柵和指示光柵相互重疊，但又不完全重合。兩者柵線間會錯開一個很小的夾角 ，以便于得到莫爾條紋。一般主光柵是活動的，它可以單獨地移動，也可以隨被測物體而移動，其長度取決于測量范圍。指示光柵相對于光電器件而固定。

將主光柵與標尺光柵重疊放置，兩者之間保持很小的間隙，并使兩塊光柵的刻線之間有一個微小的夾角θ，如圖所示。

當有光源照射時，由于擋光效應（對刻線密度≤50條/mm的光柵）或光的衍射作用（對刻線密度≥100條/mm的光柵），與光柵刻線大致垂直的方向上形成明暗相間的條紋。

在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯開的地方，形成暗帶；這些明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。

莫爾條紋的間距與柵距W和兩光柵刻線的夾角θ（單位為rad）之間的關系為

（K稱為放大倍數）。

當指示光柵不動，主光柵的刻線與指示光柵刻線之間始終保持夾角θ，而使主光柵沿刻線的垂直方向作相對移動時，莫爾條紋將沿光柵刻線方向移動；光柵反向移動，莫爾條紋也反向移動。

主光柵每移動一個柵距W，莫爾條紋也相應移動一個間距S。因此通過測量莫爾條紋的移動，就能測量光柵移動的大小和方向，這要比直接對光柵進行測量容易得多。

當主光柵沿與刻線垂直方向移動一個柵距W時，莫爾條紋移動一個條紋間距。當兩個光柵刻線夾角θ較小時，由上述公式可知，W一定時，θ愈小，則B愈大，相當于把柵距W放大了1/ θ倍。因此，莫爾條紋的放大倍數相當大，可以實現高靈敏度的位移測量。

莫爾條紋是由光柵的許多刻線共同形成的，對刻線誤差具有平均效應，能在很大程度上消除由于刻線誤差所引起的局部和短周期誤差影響，可以達到比光柵本身刻線精度更高的測量精度。因此，計量光柵特別適合于小位移、高精度位移測量。

光柵傳感器的特點

1、可實現動態測量，易于實現測量及數據處理的自動化；

2、具有較強的抗干擾能力，對環境條件的要求不像激光干涉傳感器那樣嚴格，但不如感應同步器和磁柵式傳感器的適應性強，油污和灰塵會影響它的可靠性。主要適用于在實驗室和環境較好的車間使用。

3、精度高。

光柵式傳感器在大量程測量長度或直線位移方面僅僅低于激光干涉傳感器。在圓分度和角位移連續測量方面，光柵式傳感器屬于精度最高的；

4、大量程測量兼有高分辨力。

感應同步器和磁柵式傳感器也具有大量程測量的特點，但分辨力和精度都不如光柵式傳感器；

光柵傳感器的種類

光柵主要分兩大類：一是Bragg光柵（也稱為反射或短周期光柵）；二是透射光柵（也稱為長周期光柵）。

光纖光柵從結構上可分為周期性結構和非周期性結構，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補償型光柵，色散補償型光柵是非周期光柵，又稱為啁啾光柵（Chirp光柵）。

光纖Bragg光柵傳感器

光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過摻雜光纖時，在纖芯內產生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成永久性空間的相位，光纖光柵的折射率將隨光強的空間分布發生相應變化。而在纖芯內形成的空間相位光柵，其作用的實質就是在纖芯內形成一個窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡。

當一束寬光譜光經過光纖光柵時，滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產生反射，其余的波長將透過光纖光柵繼續往前傳輸，利用這一特性可制造出許多性能獨特的光纖器件。

啁啾光纖光柵傳感器

與光纖Bragg光柵傳感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△λＢ的變化外，還 會引起光譜的展寬。

這種傳感器在應變和溫度均存在的場合是非常有用的，啁啾光纖光柵由于應變的影響導致了反射信號的拓寬和峰值波長的位移，而溫度的變化則由于折射率的溫度依賴性（ｄｎ／ｄＴ），僅影響重心的位置。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。

長周期光纖光柵傳感器

長周期光纖光柵（ＬＰＧ）的周期一般認為有數百微米， ＬＰＧ在特定的波長上把纖芯的光耦合進包層：λｉ＝ （ｎ０－ｎｉｃｌａｄ）?Λ 。式中，ｎ０為纖芯的折射率，ｎｉｃｌａｄ為ｉ階軸對稱包層模的有效折射率。光在包層中將由于包層／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內有許多的共振，ＬＰＧ共振的中心波長主要取決于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△λｉ，就可獲得外界物理量變化的信息。 ＬＰＧ在給定波長上的共振帶的響應通常有不同的幅度，因而ＬＰＧ適用于多參數傳感器。返回搜狐，查看更多

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測量光柵傳感器：分析測量光柵傳感器的測量精度

客戶在選購測量光柵傳感器時往往最關心的參數就是它能夠達到多少的精度，畢竟對于精度，是能否實現功能的一大重要因素，尤其是細小零部件檢測光幕，對于精度的要求就更高的，而且，如果精度達不到要求的話，是會影響我們要的效果的，但事實上，任何一家檢測光幕廠家的銷售以及客服都無法給出準確的測量精度。
那是因為，在測量光柵傳感器這個品的設計之初就已經決定了，我們能夠的的最接近測量精度的穩定參數就是測量光柵傳感器的分辨安諧》作為專業的測量光柵、檢測光幕廠家，安諧的測量光柵傳感器的分辨率指的它能夠分辨的最小物體的直徑，例如某客戶要的一個計數光幕，分辨率是2mm，這只是表明這塊測量光幕能感應至少是2mm的物體。那么它的測量精度又有多少呢？安諧的測量光柵傳感器通過三角測量法，以及CCD光線接收鏡頭的光學測量的方法。當測量分辨率在2mm時，即使是光線的簡單明暗差別都會對激光的反射以及強度產生影響。
如果測量環境中的水分或者微小固體等等偏多的話，光線在發射與返回過程還會產生折射以及衍射等光學現象，這種現象同樣也會影響激光位移傳感器傳感器的測量精度的準確性。所以當有人把分辦率當做測量精度的時候，你可以告訴他，他錯了在我們知道了激光位移傳感器的分辨率的時候，我們通常是這樣來估算他的測量精度其實，真正的測量光柵傳感器精度是指根據經驗可以得出這樣的結論：在絕對環境下的辨率測量的到的值。通常在普通的室內測量環境中，該測量光柵傳感器的測量精度會等于辨率的3倍左右。當然如果你能夠保證測量光柵傳感器在測量時的環境能夠有絕對的環境時，它的精度還是能夠和分辨率一樣的測量光柵傳感器的激光三角法非接觸測量具有結構簡單、測量效率高、無測量應力時處理能力強等優點廣泛應用于三維曲面的快速測量和逆向工程中。但是，激光三角法測量精度易受到其他因素影響如傳感器自身非線性誤差、被測表面特性等尤其是被測表面傾角度對其測量精度具有較大影響當然，很多的測量光柵精度要求不是很高，一般都是在2mm以上，這樣子的話，是比較容易控制的，很多東西，簡單的東西復雜化反而讓我們的消費者無法理解，具體的檢測光幕信息歡迎來電咨詢。

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測量光柵
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測量光柵一種特殊的光電傳感器，主要用于檢測，測量產品是否符合規定要求。與普通的對射式光電傳感器一樣，包含相互分離且相對放置的發射器和受光器兩部分。但其外形尺寸較大，為長管狀。檢測，測量光柵發射器產生的檢測光線并非如普通光電傳感器只有一束，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，配合控制器及其軟件，實現檢測和測量物體外形尺寸的功能。
中文名
測量光柵
類    別
特殊的光電傳感器
包    括
發射器和受光器
外    形
長管狀
目錄
1
原理
2
分類
3
應用場所
4
產品特點
測量光柵原理
編輯
語音
是一種感應其接收的光強度變化的電子器件，包含光學系統、放大器和開關量輸出裝置。所有光電傳感器都使用調制光以排除周圍光源可能的影響，工作時，光電傳感器發射光線，當被檢測物體經過時，根據檢測模式的不同，物體或吸收光線或將光線反射到光電傳感器的收光器，從而導致收光器接收的光線強度產生變化，其變化值觸發開關信號輸出，實現檢測功能。測量光柵是一種特殊的光電傳感器，與普通的對射式光電傳感器一樣，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并非如普通傳感器般只有一束，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，配合控制器及其軟件，實現監控和測量物體外形尺寸的功能。光幕測量系統要正常工作需配備一個控制器，控制器使用軟件進行編程設定，可提供多種掃描模式和檢測分析模式，而且可通過串行接口與PLC或計算機進行通訊，傳遞控制或掃描結果，另外還可接入觸發信號控制掃描過程。
測量光柵分類
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糾偏光柵糾偏光柵主要用于精度糾偏和對中的檢測與測量;包括精度糾偏、在線糾偏，在線對中等類似的檢測和測量。
糾偏光幕圖冊
檢測方式：　單套單邊檢測-糾偏光幕兩套單邊檢測-糾偏光幕車輛分離檢測光柵主要用于車輛分離檢測、物體檢測、外形測量等應用。在交通行業，SUNS系列車輛分離光幕是智能交通系統、公路收費系統、不停車收費系統、公路計重收費系統、超限檢測系統及其它交通控制系統中的關鍵設備。小零件檢測光刪主要用于極小物體的檢測。利用獨特的同步多光束紅外LED發射和接收產生精確的光線交叉斑。本系列光柵提供了一套簡單、經濟、高可靠性的檢測小部件通過方案，而不用考慮部件通過的位置。尺寸檢測光柵高精度測量光幕適用于高精度的檢測和測量。包括在線檢測、精度糾偏、孔洞檢測和以上類似的檢測和測量。每套系統包括一對高分辨率光幕、和兩條電纜。
測量光柵應用場所
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語音
[1]
適用于在線丈量商品尺度及外形、糾編操控、對中操控、漲緊操控、經過檢測、部件計數和沖壓件取出承認以及相類似的應用。
測量光柵圖冊
檢測光幕,又名紅外線檢測光柵　由發光器和受光器組成一組光幕。當物體垂直穿過光幕時，根據遮擋光束數量變化情況可檢測出物體穿過光幕時的形狀變化；當物體沿光幕平行移動時，根據光幕遮檔光束變化情況可檢測出物體的運動方向；同樣也可以對穿過光幕的物體進行計數和物體感應。通常適用于各種訓考廠、停車場車輛計數檢測，車輛分離檢測、收費站車輛檢測、車輛超限檢查（長寬高）、閘機、通道客流量檢測、客車上下客人數檢測等等；物體運動軌跡檢測、安全報警、人體探測、流水線檢測、自動化噴涂，產品計數檢測、落料計數檢測；物體尺寸≥2.5mm，≤5mm的檢測可選D30-精密檢測（2.5mm）系列產品（詳情請查閱產品介紹）；物體尺寸≥5mm，≤10mm的檢測可選D30-精密檢測（5mm）系列產品（詳情請查閱產品介紹）；物體尺寸≥10mm，≤20mm的檢測可選D20-精密檢測（10mm）系列產品（詳情請查閱產品介紹）；物體尺寸≥20mm，≤40mm的檢測可選D20-精密檢測（20mm）系列產品（詳情請查閱產品介紹）；物體尺寸≥40mm的檢測可選D20-精密檢測（40mm）系列產品（詳情請查閱產品介紹）；注明：其它非標準間距和光束數量均可定制。現貨高度：80mm～2000mm（其它保護高度可定制）；檢測距離：0.5m、1m、2m、3m、6m、12m；檢測信號輸出方式：數字量（RS485數據接口）、模擬量(電壓、電流)等；
測量光柵產品特點
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語音
高靈敏度檢測：高靈敏度≤(n+1)*0.1ms；對電磁干擾，頻閃燈光、焊接弧光、日光燈、太陽光等光源有良好的抗干擾能力、雙回路保證；采用防松、鍍金航空插頭，確保連接牢靠；放反接保護，輸出短路保護；工作電壓范圍寬DC10V-DC30V均能可靠工作；抗震、防塵性好（端蓋、濾光片均有密封墊）；具有自檢故障報警功能。自動檢測故障，并忽略（屏蔽）有問題的光束，仍能保持正常工作，同時輸出報警信號。可定制用作人身保護、物體檢測、尺寸測量、和其它特殊用途；B
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2021-06-170
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2020-10-160
參考資料
1.

測量光柵
．中國工控網[引用日期2015-10-05]

測量光柵傳感器：測量光柵傳感器

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