测量光栅传感器：光栅传感器的结构及工作原理及特点

原标题：光栅传感器的结构及工作原理及特点

光栅式传感器指采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。

一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。

这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅成为反射光栅。由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。

光栅传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。标尺光栅相对于指示光栅移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。

这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电元件上，在它们的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量。

光栅传感器的结构及工作原理

光栅传感器的结构均由光源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件这几个主要部分构成。

1、通光孔：通光孔是发光体与受光体的通路，一般为条形状，其长度由受光体的排列长度决定，宽度由受光体的大小决定。它是帖在指示光栅板上的。

2、受光元件：受光元件是用来感知主光栅在移动时产生莫尔条纹的移动，从而测量位移量。在选择光敏元件时，要考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性、体积等因素。

3、光源：钨丝灯泡，它有较小的功率，与光电元件组合使用时，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 范围内工作，所发光的峰值波长为 ，与硅光敏三极管的峰值波长接近，因此，有很高的转换效率，也有较快的响应速度。

4、光栅付：由栅距相等的主光栅和指示光栅组成。主光栅和指示光栅相互重叠，但又不完全重合。两者栅线间会错开一个很小的夹角 ，以便于得到莫尔条纹。一般主光栅是活动的，它可以单独地移动，也可以随被测物体而移动，其长度取决于测量范围。指示光栅相对于光电器件而固定。

将主光栅与标尺光栅重叠放置，两者之间保持很小的间隙，并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角θ，如图所示。

当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。

在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。

莫尔条纹的间距与栅距W和两光栅刻线的夹角θ（单位为rad）之间的关系为

（K称为放大倍数）。

当指示光栅不动，主光栅的刻线与指示光栅刻线之间始终保持夹角θ，而使主光栅沿刻线的垂直方向作相对移动时，莫尔条纹将沿光栅刻线方向移动；光栅反向移动，莫尔条纹也反向移动。

主光栅每移动一个栅距W，莫尔条纹也相应移动一个间距S。因此通过测量莫尔条纹的移动，就能测量光栅移动的大小和方向，这要比直接对光栅进行测量容易得多。

当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距。当两个光栅刻线夹角θ较小时，由上述公式可知，W一定时，θ愈小，则B愈大，相当于把栅距W放大了1/ θ倍。因此，莫尔条纹的放大倍数相当大，可以实现高灵敏度的位移测量。

莫尔条纹是由光栅的许多刻线共同形成的，对刻线误差具有平均效应，能在很大程度上消除由于刻线误差所引起的局部和短周期误差影响，可以达到比光栅本身刻线精度更高的测量精度。因此，计量光栅特别适合于小位移、高精度位移测量。

光栅传感器的特点

1、可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化；

2、具有较强的抗干扰能力，对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格，但不如感应同步器和磁栅式传感器的适应性强，油污和灰尘会影响它的可靠性。主要适用于在实验室和环境较好的车间使用。

3、精度高。

光栅式传感器在大量程测量长度或直线位移方面仅仅低于激光干涉传感器。在圆分度和角位移连续测量方面，光栅式传感器属于精度最高的；

4、大量程测量兼有高分辨力。

感应同步器和磁栅式传感器也具有大量程测量的特点，但分辨力和精度都不如光栅式传感器；

光栅传感器的种类

光栅主要分两大类：一是Bragg光栅（也称为反射或短周期光栅）；二是透射光栅（也称为长周期光栅）。

光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅（Chirp光栅）。

光纤Bragg光栅传感器

光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位，光纤光栅的折射率将随光强的空间分布发生相应变化。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。

当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长将透过光纤光栅继续往前传输，利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。

啁啾光纤光栅传感器

与光纤Bragg光栅传感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纤光栅除了△λＢ的变化外，还 会引起光谱的展宽。

这种传感器在应变和温度均存在的场合是非常有用的，啁啾光纤光栅由于应变的影响导致了反射信号的拓宽和峰值波长的位移，而温度的变化则由于折射率的温度依赖性（ｄｎ／ｄＴ），仅影响重心的位置。通过同时测量光谱位移和展宽，就可以同时测量应变和温度。

长周期光纤光栅传感器

长周期光纤光栅（ＬＰＧ）的周期一般认为有数百微米， ＬＰＧ在特定的波长上把纤芯的光耦合进包层：λｉ＝ （ｎ０－ｎｉｃｌａｄ）?Λ 。式中，ｎ０为纤芯的折射率，ｎｉｃｌａｄ为ｉ阶轴对称包层模的有效折射率。光在包层中将由于包层／空气界面的损耗而迅速衰减，留下一串损耗带。

一个独立的ＬＰＧ可能在一个很宽的波长范围内有许多的共振，ＬＰＧ共振的中心波长主要取决于芯和包层的折射率差，由应变、温度或外部折射率变化而产生的任何变化都能在共振中产生大的波长位移，通过检测△λｉ，就可获得外界物理量变化的信息。 ＬＰＧ在给定波长上的共振带的响应通常有不同的幅度，因而ＬＰＧ适用于多参数传感器。返回搜狐，查看更多

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测量光栅传感器：分析测量光栅传感器的测量精度

客户在选购测量光栅传感器时往往最关心的参数就是它能够达到多少的精度，毕竟对于精度，是能否实现功能的一大重要因素，尤其是细小零部件检测光幕，对于精度的要求就更高的，而且，如果精度达不到要求的话，是会影响我们要的效果的，但事实上，任何一家检测光幕厂家的销售以及客服都无法给出准确的测量精度。
那是因为，在测量光栅传感器这个品的设计之初就已经决定了，我们能够的的最接近测量精度的稳定参数就是测量光栅传感器的分辨安谐》作为专业的测量光栅、检测光幕厂家，安谐的测量光栅传感器的分辨率指的它能够分辨的最小物体的直径，例如某客户要的一个计数光幕，分辨率是2mm，这只是表明这块测量光幕能感应至少是2mm的物体。那么它的测量精度又有多少呢？安谐的测量光栅传感器通过三角测量法，以及CCD光线接收镜头的光学测量的方法。当测量分辨率在2mm时，即使是光线的简单明暗差别都会对激光的反射以及强度产生影响。
如果测量环境中的水分或者微小固体等等偏多的话，光线在发射与返回过程还会产生折射以及衍射等光学现象，这种现象同样也会影响激光位移传感器传感器的测量精度的准确性。所以当有人把分辦率当做测量精度的时候，你可以告诉他，他错了在我们知道了激光位移传感器的分辨率的时候，我们通常是这样来估算他的测量精度其实，真正的测量光栅传感器精度是指根据经验可以得出这样的结论：在绝对环境下的辨率测量的到的值。通常在普通的室內测量环境中，该测量光栅传感器的测量精度会等于辨率的3倍左右。当然如果你能够保证测量光栅传感器在测量时的环境能够有绝对的环境时，它的精度还是能够和分辨率一样的测量光栅传感器的激光三角法非接触测量具有结构简单、测量效率高、无测量应力时处理能力强等优点广泛应用于三维曲面的快速测量和逆向工程中。但是，激光三角法测量精度易受到其他因素影响如传感器自身非线性误差、被测表面特性等尤其是被测表面倾角度对其测量精度具有较大影响当然，很多的测量光栅精度要求不是很高，一般都是在2mm以上，这样子的话，是比较容易控制的，很多东西，简单的东西复杂化反而让我们的消费者无法理解，具体的检测光幕信息欢迎来电咨询。

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测量光栅
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测量光栅一种特殊的光电传感器，主要用于检测，测量产品是否符合规定要求。与普通的对射式光电传感器一样，包含相互分离且相对放置的发射器和受光器两部分。但其外形尺寸较大，为长管状。检测，测量光栅发射器产生的检测光线并非如普通光电传感器只有一束，而是沿长度方向定间距生成光线阵列，形成一个“光幕“，以一种扫描的方式，配合控制器及其软件，实现检测和测量物体外形尺寸的功能。
中文名
测量光栅
类    别
特殊的光电传感器
包    括
发射器和受光器
外    形
长管状
目录
1
原理
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分类
3
应用场所
4
产品特点
测量光栅原理
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语音
是一种感应其接收的光强度变化的电子器件，包含光学系统、放大器和开关量输出装置。所有光电传感器都使用调制光以排除周围光源可能的影响，工作时，光电传感器发射光线，当被检测物体经过时，根据检测模式的不同，物体或吸收光线或将光线反射到光电传感器的收光器，从而导致收光器接收的光线强度产生变化，其变化值触发开关信号输出，实现检测功能。测量光栅是一种特殊的光电传感器，与普通的对射式光电传感器一样，包含相互分离且相对放置的发射器和收光器两部分，但其外形尺寸较大，为长管状。测量光幕发射器产生的检测光线并非如普通传感器般只有一束，而是沿长度方向定间距生成光线阵列，形成一个“光幕”，以一种扫描的方式，配合控制器及其软件，实现监控和测量物体外形尺寸的功能。光幕测量系统要正常工作需配备一个控制器，控制器使用软件进行编程设定，可提供多种扫描模式和检测分析模式，而且可通过串行接口与PLC或计算机进行通讯，传递控制或扫描结果，另外还可接入触发信号控制扫描过程。
测量光栅分类
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纠偏光栅纠偏光栅主要用于精度纠偏和对中的检测与测量;包括精度纠偏、在线纠偏，在线对中等类似的检测和测量。
纠偏光幕图册
检测方式：　单套单边检测-纠偏光幕两套单边检测-纠偏光幕车辆分离检测光栅主要用于车辆分离检测、物体检测、外形测量等应用。在交通行业，SUNS系列车辆分离光幕是智能交通系统、公路收费系统、不停车收费系统、公路计重收费系统、超限检测系统及其它交通控制系统中的关键设备。小零件检测光删主要用于极小物体的检测。利用独特的同步多光束红外LED发射和接收产生精确的光线交叉斑。本系列光栅提供了一套简单、经济、高可靠性的检测小部件通过方案，而不用考虑部件通过的位置。尺寸检测光栅高精度测量光幕适用于高精度的检测和测量。包括在线检测、精度纠偏、孔洞检测和以上类似的检测和测量。每套系统包括一对高分辨率光幕、和两条电缆。
测量光栅应用场所
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语音
[1]
适用于在线丈量商品尺度及外形、纠编操控、对中操控、涨紧操控、经过检测、部件计数和冲压件取出承认以及相类似的应用。
测量光栅图册
检测光幕,又名红外线检测光栅　由发光器和受光器组成一组光幕。当物体垂直穿过光幕时，根据遮挡光束数量变化情况可检测出物体穿过光幕时的形状变化；当物体沿光幕平行移动时，根据光幕遮档光束变化情况可检测出物体的运动方向；同样也可以对穿过光幕的物体进行计数和物体感应。通常适用于各种训考厂、停车场车辆计数检测，车辆分离检测、收费站车辆检测、车辆超限检查（长宽高）、闸机、通道客流量检测、客车上下客人数检测等等；物体运动轨迹检测、安全报警、人体探测、流水线检测、自动化喷涂，产品计数检测、落料计数检测；物体尺寸≥2.5mm，≤5mm的检测可选D30-精密检测（2.5mm）系列产品（详情请查阅产品介绍）；物体尺寸≥5mm，≤10mm的检测可选D30-精密检测（5mm）系列产品（详情请查阅产品介绍）；物体尺寸≥10mm，≤20mm的检测可选D20-精密检测（10mm）系列产品（详情请查阅产品介绍）；物体尺寸≥20mm，≤40mm的检测可选D20-精密检测（20mm）系列产品（详情请查阅产品介绍）；物体尺寸≥40mm的检测可选D20-精密检测（40mm）系列产品（详情请查阅产品介绍）；注明：其它非标准间距和光束数量均可定制。现货高度：80mm～2000mm（其它保护高度可定制）；检测距离：0.5m、1m、2m、3m、6m、12m；检测信号输出方式：数字量（RS485数据接口）、模拟量(电压、电流)等；
测量光栅产品特点
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语音
高灵敏度检测：高灵敏度≤(n+1)*0.1ms；对电磁干扰，频闪灯光、焊接弧光、日光灯、太阳光等光源有良好的抗干扰能力、双回路保证；采用防松、镀金航空插头，确保连接牢靠；放反接保护，输出短路保护；工作电压范围宽DC10V-DC30V均能可靠工作；抗震、防尘性好（端盖、滤光片均有密封垫）；具有自检故障报警功能。自动检测故障，并忽略（屏蔽）有问题的光束，仍能保持正常工作，同时输出报警信号。可定制用作人身保护、物体检测、尺寸测量、和其它特殊用途；B
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2021-06-170
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现在国外测量光栅光幕的精细化标准，工艺精制，技能也到位，进军国内商场肯定是比在他们国内价格要高的。所以，国内也在不断研发前进，打造国内测量光栅光幕，追求进口的技能与质量，打造产品，售卖接地气的国内价格。通过这几年的努力与商场应用领域的反响，意普测量光栅光幕通过不断的更新迭代...
2020-10-160
参考资料
1.

测量光栅
．中国工控网[引用日期2015-10-05]

测量光栅传感器：测量光栅传感器

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