什么是光栅传感器？光栅传感器的结构原理及应用

关于光学的应用很多，传感器在我们日常生活中也经常会用到。什么是光栅传感器？今天带来的是光栅传感器的结构原理及应用，下面对光栅传感器详细介绍一下。

首先来看看，什么是光栅传感器？

光栅传感器是指利用光栅莫尔条纹原理来测量位移的传感器。

光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件。常用的光栅是通过在玻璃板上雕刻大量平行刻线而制成的。刻痕是不透明的部分，两个刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一条缝。精制的光栅在1cm宽度内有数千甚至数万个缺口。

这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，也有利用两凹口之间反射光衍射的光栅。例如，在表面刻有许多平行的凹口并带有金属层，两个凹口之间的光滑金属表面可以反射光线，这种光栅就变成了反射光栅。光栅形成的莫尔条纹具有光学放大和平均误差效应，可以提高测量精度。

光栅传感器由四部分组成：直尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统。当标尺光栅相对于指示光栅移动时，它会形成大致呈正弦曲线分布的明暗莫尔条纹。

这些条纹以光栅的相对速度移动并直接照射在光电元件上。在其输出端获得一系列电脉冲。数字信号输出通过放大、整形、方向识别和计数系统产生，直接显示被测位移。

光栅传感器的结构

首先，我们来看看光栅传感器是如何组成的。光栅传感器的结构由光源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件组成。下面，小编将对光源、光栅对、通光孔以及受光元件予以介绍。

1、光源：钨丝灯泡，功率较小，与光电元件配合使用时，转换效率低，使用寿命短。半导体发光器件，如砷化镓发光二极管，可以在该范围内工作，发射光的峰值波长与硅光电晶体管接近。因此，它们具有高转换效率和快速响应速度。

2、光栅对：由等栅距的主光栅和指示光栅组成。主光栅和指示光栅相互重叠，但并不完全重叠。两条网格线之间会有一个小角度交错，以获得莫尔条纹。通常，主光栅是可移动的。它可以独立移动，也可以随被测物体移动。其长度取决于测量范围。指示光栅相对于光电器件固定。

3、通光孔：光孔是发光体与受光器之间的通路，一般呈条状，其长度由受光器的排列长度决定，宽度由受光器的大小决定。光接收器。它张贴在指令光栅板上。

4、受光元件：受光元件用于感知主光栅运动时产生的莫尔条纹的运动，从而测量位移。在选择光敏元件时，必须考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性和体积等因素。

光栅传感器选型指南

1、根据检测对象及检测类型确定选型

首先要考虑何种原理的传感器，需要多方面的因素才能确定。确定选用何种类型的传感器，再考虑传感器的具体指标。

2、灵敏度的选择

在线性范围内灵敏度越高越好

3、线性范围

线性范围是输出与输入成正比的范围，再次范围内灵敏度保持定值。

4、稳定性

5、传感器在使用一段时间后，其性能保持不变的能力。

在使用传感器之前应对其使用环境进行调查，并根据环境使用合适的传感器，或采取适当的措施减少环境的影响。

光栅传感器的原理

在了解了光栅传感器的组成之后，我们再来看看光栅传感器的原理是什么。

当指示光栅缓慢移动时，传感器的刻度光栅会产生莫尔条纹。莫尔条纹的特点是它们是按照正弦规律分布的，这些条纹会呈现明暗。

此外，光栅运动的速度决定了条纹的运动，这些运动会反映在光电元件上。此外，在光栅传感器的输出端，会得到一系列电脉冲信号。然后经过相应的放大、整形等处理，直接显示出测得的位移值

一般来说，我们理解传感器会有两种光路形式，包括透射光栅。这类光栅的光栅线出现在工业玻璃等透明材料上;还有一种反射光栅，就是这种光栅的光栅。线条出现在金属顶部，例如不锈钢，可以强烈反射。

对于光栅传感器来说，其最大的优势在于量程大、精度高。在应用方面，我们了解到，这种类型的传感器广泛用于程控和数控机床，以及三坐标测量机构。对静态和动态圆角位移和线性位移的测量可以起到很好的效果。此外，它也非常适合机械振动和变形测量等应用。

光栅传感器的应用范围

在了解了光栅传感器的组成结构以及原理之后，在最后，我们再共同来看看光栅传感器的应用场合有哪些，以方便我们更好地去运用光栅传感器。

光纤光栅传感器在其他领域也得到了应用，其在很多方面的性能比传统机电传感器更稳定、更可靠、更准确。 光纤光栅传感器可用于传感和测量应力、应变或温度等物理量，具有较高的灵敏度和测量范围。 通过在光纤的几个部分写入不同光栅间距的光纤光栅，可以同时测量几个部分相应的物理量和变化，实现准分布式光纤传感。 

总之，光纤光栅传感器的应用是一个方兴未艾的领域，具有非常广阔的发展前景。光栅传感器通常用作机床定位、长度和角度测量仪器中的测量元件，用于测量速度、加速度、振动等。