[發(fā)明專利]一種基于單層光柵多次衍射的位移傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010050880.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111207674B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛晨光;李孟委;亓杰;張瑞;金麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G02B27/28
• 代理公司: 太原榮信德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱;連慧敏

本發(fā)明屬于位移傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單層光柵多次衍射的位移傳感器，激光器的直射光路上依次設(shè)置有偏振片和分光鏡，第一反射鏡、第二反射鏡分別設(shè)置在分光鏡的兩側(cè)，分光鏡的與第一反射鏡之間設(shè)置有半波片，兩路光束分別經(jīng)過第一反射鏡、第二反射鏡反射后垂直射入光柵上，光柵的一側(cè)設(shè)置有兩個第三反射鏡，兩路光束經(jīng)光柵和兩個第三反射鏡多次衍射后通過四分之一波片射入偏振分光棱鏡，第一探測器和第二探測器分別設(shè)置在偏振分光棱鏡的分光方向上。本發(fā)明通過多次衍射的方法提高了位移測量靈敏度，且本發(fā)明通過優(yōu)化光柵參數(shù)提高了光柵一級光衍射效率，實現(xiàn)了高對比度的信號輸出。本發(fā)明用于位移的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于位移傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單層光柵多次衍射的位移傳感器。

背景技術(shù)

精密測量是現(xiàn)代機械工業(yè)一個重要的技術(shù)領(lǐng)域，是數(shù)顯裝備重要的組成成分，是促進現(xiàn)代工業(yè)進步和發(fā)展的基礎(chǔ)條件之一，尤其是在高精度位移測量方面，迫切需要能實現(xiàn)高精度、高靈敏度的位移測量系統(tǒng)。其中光柵檢測法具有精度高、體積小、重量輕、抗電磁干擾等優(yōu)點，因而獲得廣泛應(yīng)用。其中，單光柵結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高而被廣泛應(yīng)用到位移傳感器和加速度傳感器中。此類器件的主要工作原理是激光器發(fā)出的光首先經(jīng)分光鏡分光，隨后經(jīng)反射鏡反射交匯到光柵上并發(fā)生干涉?；诟道锶~光學(xué)原理可知，干涉光的光強、相位等信息反映了光柵的位置信息。因此，通過測量干涉光可以推算出光柵位移量。但是，目前單光柵微位移傳感器普遍具有以下問題：1.衍射效率低；2. 只進行單次衍射，光學(xué)倍分系數(shù)小。以上問題限制了此類器件分辨率的進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述單光柵微位移傳感器衍射效率低、只能進行單次衍射、光學(xué)倍分系數(shù)小的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種衍射效率高、靈敏度高、分辨率高的基于單層光柵多次衍射的位移傳感器。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于單層光柵多次衍射的位移傳感器，包括激光器、偏振片、分光鏡、半波片、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、光柵、四分之一波片、偏振分光棱鏡、第一探測器和第二探測器，所述激光器的直射光路上依次設(shè)置有偏振片和分光鏡，所述激光器發(fā)出的光通過偏振片后成為線偏光，所述第一反射鏡、第二反射鏡分別設(shè)置在分光鏡的兩側(cè)，所述分光鏡的與第一反射鏡之間設(shè)置有半波片，所述線偏光經(jīng)過分光鏡分為兩路光束，所述兩路光束包括第一光束、第二光束，所述第一光束通過半波片使得第一光束的偏振方向偏轉(zhuǎn)90°，所述第一光束、第二光束分別經(jīng)過第一反射鏡、第二反射鏡反射后垂直射入所述光柵上，所述光柵的一側(cè)設(shè)置有兩個第三反射鏡，兩個第三反射鏡均與光柵平行，兩個第三反射鏡設(shè)置在同一水平線上，兩個第三反射鏡之間的中點的一側(cè)依次設(shè)置有四分之一波片、偏振分光棱鏡，所述第一光束、第二光束經(jīng)光柵和兩個第三反射鏡多次衍射后通過四分之一波片射入偏振分光棱鏡，所述第一探測器和第二探測器分別設(shè)置在偏振分光棱鏡的分光方向上。

所述激光器的波長為0.635μm，所述激光器的功率為1.2mW。

所述光柵的材料采用Al，所述光柵的周期為4μm，所述光柵的占空比為0.5，所述光柵的刻劃深度為0.16μm。

所述半波片的光軸方向與第一光束的偏振方向相差45°。

所述四分之一波片光軸方向與第一光束的偏振方向重合。

所述偏振分光棱鏡的分光的偏振方向與兩路光束偏振方向的夾角為45°。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是：

本發(fā)明通過多次衍射的方法提高了位移測量靈敏度，且本發(fā)明通過優(yōu)化光柵參數(shù)提高了光柵一級光衍射效率，實現(xiàn)了高對比度的信號輸出，本發(fā)明通過偏振分光的方法形成A、B相信號輸出，相較單一信號輸出的方式，降低了對后續(xù)處理電路的要求，并提高了測量線性度和分辨率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；