發布日期：2022-10-09 點擊率：398
光柵式傳感器指的是采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器，它具有光學放大的作用，同時會發生誤差平均效應，所以能夠提高測量精度，光柵是利用光纖中的光敏性制作而成的。光柵傳感器的應用前景極為廣闊、在不少場所中我們都能看到它的應用場景。下面，我們就一起來了解一下光柵傳感器由幾部分組成吧！
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、光源
鎢絲燈泡，它有較小的功率，與光電元件搭配使用時，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，還可以在范圍內工作，所發光的峰值波長為，與硅光敏三極管的峰值波長接近，所以，有很高的轉換效率，同樣有比較快的響應速度。
2、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，但又不徹底重合。兩者柵線間會分開一個很小的夾角，便于于得到莫爾條紋。一般來說主光柵是活動的，它還可以單獨地移動，也能夠隨被測物體而移動，其長短關鍵在于測量范圍。指示光柵相對于光電器件而固定。
3、通光孔
通光孔是發光體與受光體的通路，一般來說為條形狀，其長短由受光體的排列長短決定，總寬由受光體的高低決定。它是帖在指示光柵板上的。
4、受光元件
受光元件是用于感知主光柵在移動時產生莫爾條紋的移動，進而精確測量位移量。在挑選光敏元件時，要考慮到靈敏度、響應時間、光譜特性、可靠性、體積等因素。
光柵傳感器接線方法
1，安全光柵傳感器控制器根據繼電器繼電器進行自檢，2220vAC接入至控制器
2，兩個繼電器輸出當作控制器信號輸出
3，安全光柵輸出os1和os2分別接入到光幕接收器的黑線和白線
4，指向自檢EDM根據綠線接入到光柵接收器
5，接收機電源的正24vdc根據棕色線接入到控制器，負0v根據藍色線接入到控制器。
6，光幕發射器根據黃線接入到控制器的光柵自檢測試開關點。光柵發射器的24Vdc電壓用棕色線接入，0VdC用藍色線接入。
光柵傳感器作用
光柵傳感器能完成直線位移或者角位移的檢測。
其精確測量輸出的信號為數字脈沖，有著檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。比如，在數控機床中常用于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。
光柵傳感器由幾部分組成？看完本文的介紹以后，您對于光柵傳感器是否又有了一個更加深刻的認識了呢？光纖光柵傳感器在其他的眾多領域中都有著較為多樣的應用場景，和傳統的機電傳感器相比，它更安全、可靠，有著較高的靈敏度和測量范圍。在傳感器技術飛速發展的今天，相信光柵傳感器的技術革新也即將到來，并能在更多的場景中有所應用！
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光柵式傳感器的基本原理是利用光柵的莫爾條紋現象。
如下圖所示，光柵 1類似于長刻線尺，稱為標尺光柵（也稱主光柵），它可以移動;光柵 2只取一小塊，稱為指示光柵，它固定不動。也可相反地使指示光柵移動。兩者柵距和刻線寬度均相同，使刻線面相對疊合并在中間留有間隙 d，便組成光柵副。
將其置于由光源和透鏡形成的平行光束的光路中，若二光柵柵線之間有很小的夾角θ，則在近似垂直于柵線的方向上顯示比柵距 W寬得很多的明暗相間的條紋，這些條紋稱為"莫爾條紋"，其信號光強分布如圖 中曲線所示，中間為亮帶，上下兩條為暗帶，當標尺光柵沿垂直于柵線的x方向每移動一個柵距W時，莫爾條紋近似沿柵線方向移過一個條紋間距。用光電元件接收莫爾條紋信號并經電路處理后，用計數器可得到標尺光柵移過的距離。
在實際使用中，一般把光源、指示光柵和光電元件組合在一起，稱為讀數頭。讀數頭的結構形式很多，就其光路可分為以下幾種。
（1）分光讀數頭
它的工作原理如下圖所示，光源 Q發出的光經透鏡L1 變成平行光，照射到光柵 G1 和 G2 上，形成莫爾條紋;透鏡L2把莫爾條紋聚焦;在光闌板 S之后的焦面上，光電元件P接收莫爾條紋信號。這種光學系統是莫爾條紋光學系統的基本型。因為光柵間距比較小，兩塊光柵之間的間隙也小，所以不能在光柵表面粘玻璃保護層。
在實際使用中，如下圖所示，在光柵 G 與G 之間裝上等倍投影透鏡 L3和L4使 G1 的像以同樣大小的像投影在G2 上形成莫爾條紋，于是拉長了G 1和 G2 之間的距離。這種讀數頭主要用在高精度坐標控制系統和精密測量儀器上。
（2）垂直入射讀數頭
這種讀數頭主要是用于每毫米 25～125 線的玻璃透射光柵系統。下圖為垂直入射讀數頭的結構示意圖，光源1通過透鏡 2變成平行光照射在標尺光柵 3 和指示光柵4 上，形成莫爾條紋，然后由光電池5接受信號。圖中8 是滾動軸承，它保證了標尺光柵和指示光柵之間恒定的間隙。標尺光柵和讀數頭分別裝在固定部件和移動部件上，標尺光柵用壓板7夾緊，讀數頭用螺釘6 固定。其精度可達 0.001mm/1000mm。
（3）反射讀數頭
這種讀數頭主要用于每毫米 25～50 線以下的如下圖所示反射光柵系統。圖中β為入射角（一般為30°，反射光束通過指示光柵 G2 形成莫爾條紋，然后經透鏡Lz并由光電元件 P接收信號。
光柵只能用于增量測量方式，目前有的光柵讀數頭設有一個絕對零點，這樣由于停電或其他原因造成記錯數字時，可以重新對零。它是在標尺光柵上有一小段光柵，在指示光柵上也有相應的一小段光柵，當這兩小段光柵重疊時發出零位信號，并在數字顯示器中顯示出來。
關于光學的應用很多，傳感器在我們日常生活中也經常會用到。什么是光柵傳感器？今天帶來的是光柵傳感器的結構原理及應用，下面對光柵傳感器詳細介紹一下。
首先來看看，什么是光柵傳感器？
光柵傳感器是指利用光柵莫爾條紋原理來測量位移的傳感器。
光柵是由大量等寬等間距的平行狹縫組成的光學器件。常用的光柵是通過在玻璃板上雕刻大量平行刻線而制成的。刻痕是不透明的部分，兩個刻痕之間的光滑部分可以透光，相當于一條縫。精制的光柵在1cm寬度內有數千甚至數萬個缺口。
這種利用透射光衍射的光柵稱為透射光柵，也有利用兩凹口之間反射光衍射的光柵。例如，在表面刻有許多平行的凹口并帶有金屬層，兩個凹口之間的光滑金屬表面可以反射光線，這種光柵就變成了反射光柵。光柵形成的莫爾條紋具有光學放大和平均誤差效應，可以提高測量精度。
光柵傳感器由四部分組成：直尺光柵、指示光柵、光路系統和測量系統。當標尺光柵相對于指示光柵移動時，它會形成大致呈正弦曲線分布的明暗莫爾條紋。
這些條紋以光柵的相對速度移動并直接照射在光電元件上。在其輸出端獲得一系列電脈沖。數字信號輸出通過放大、整形、方向識別和計數系統產生，直接顯示被測位移。
光柵傳感器的結構
首先，我們來看看光柵傳感器是如何組成的。光柵傳感器的結構由光源、主光柵、指示光柵、通光孔、光電元件組成。下面，小編將對光源、光柵對、通光孔以及受光元件予以介紹。
1、光源：鎢絲燈泡，功率較小，與光電元件配合使用時，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，可以在該范圍內工作，發射光的峰值波長與硅光電晶體管接近。因此，它們具有高轉換效率和快速響應速度。
2、光柵對：由等柵距的主光柵和指示光柵組成。主光柵和指示光柵相互重疊，但并不完全重疊。兩條網格線之間會有一個小角度交錯，以獲得莫爾條紋。通常，主光柵是可移動的。它可以獨立移動，也可以隨被測物體移動。其長度取決于測量范圍。指示光柵相對于光電器件固定。
3、通光孔：光孔是發光體與受光器之間的通路，一般呈條狀，其長度由受光器的排列長度決定，寬度由受光器的大小決定。光接收器。它張貼在指令光柵板上。
4、受光元件：受光元件用于感知主光柵運動時產生的莫爾條紋的運動，從而測量位移。在選擇光敏元件時，必須考慮靈敏度、響應時間、光譜特性、穩定性和體積等因素。
光柵傳感器選型指南
1、根據檢測對象及檢測類型確定選型
首先要考慮何種原理的傳感器，需要多方面的因素才能確定。確定選用何種類型的傳感器，再考慮傳感器的具體指標。
2、靈敏度的選擇
在線性范圍內靈敏度越高越好
3、線性范圍
線性范圍是輸出與輸入成正比的范圍，再次范圍內靈敏度保持定值。
4、穩定性
5、傳感器在使用一段時間后，其性能保持不變的能力。
在使用傳感器之前應對其使用環境進行調查，并根據環境使用合適的傳感器，或采取適當的措施減少環境的影響。
光柵傳感器的原理
在了解了光柵傳感器的組成之后，我們再來看看光柵傳感器的原理是什么。
當指示光柵緩慢移動時，傳感器的刻度光柵會產生莫爾條紋。莫爾條紋的特點是它們是按照正弦規律分布的，這些條紋會呈現明暗。
此外，光柵運動的速度決定了條紋的運動，這些運動會反映在光電元件上。此外，在光柵傳感器的輸出端，會得到一系列電脈沖信號。然后經過相應的放大、整形等處理，直接顯示出測得的位移值
一般來說，我們理解傳感器會有兩種光路形式，包括透射光柵。這類光柵的光柵線出現在工業玻璃等透明材料上;還有一種反射光柵，就是這種光柵的光柵。線條出現在金屬頂部，例如不銹鋼，可以強烈反射。
對于光柵傳感器來說，其最大的優勢在于量程大、精度高。在應用方面，我們了解到，這種類型的傳感器廣泛用于程控和數控機床，以及三坐標測量機構。對靜態和動態圓角位移和線性位移的測量可以起到很好的效果。此外，它也非常適合機械振動和變形測量等應用。
光柵傳感器的應用范圍
在了解了光柵傳感器的組成結構以及原理之后，在最后，我們再共同來看看光柵傳感器的應用場合有哪些，以方便我們更好地去運用光柵傳感器。
光纖光柵傳感器在其他領域也得到了應用，其在很多方面的性能比傳統機電傳感器更穩定、更可靠、更準確。 光纖光柵傳感器可用于傳感和測量應力、應變或溫度等物理量，具有較高的靈敏度和測量范圍。 通過在光纖的幾個部分寫入不同光柵間距的光纖光柵，可以同時測量幾個部分相應的物理量和變化，實現準分布式光纖傳感。
總之，光纖光柵傳感器的應用是一個方興未艾的領域，具有非常廣闊的發展前景。光柵傳感器通常用作機床定位、長度和角度測量儀器中的測量元件，用于測量速度、加速度、振動等。
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