[發明專利]能夠輸出單一諧波的光柵位移測量裝置

無效

• 申請號: 94106704.1
• 申請日: 1994-07-08
• 公開（公告）號: CN1100803A
• 公開（公告）日: 1995-03-29
• 發明（設計）人: 王春海;張國雄
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 天津大學專利代理事務所
• 代理人: 李素蘭,張銳

本發明涉及使用光電掃描光柵的光學系統測量相對位移的裝置。

光柵用于線位移和角位移的測量已為人們所熟知，通常光柵信號中含有豐富的諧波，高次諧波的含量一般可占基波的10%左右，這些高次諧波影響了光柵信號的質量。在測量儀器中，由于測量速度不恒定，一般不能采用電路濾波的方法，而只能進行光學濾波。目前這一方面研究的很少，僅有一種用空間光闌改善光柵信號的正弦性的方法（美國專利3，674，372）。這種方法的不足之處在于：光闌只適用于橫向和縱向莫爾條紋的濾波，無法對光閘莫爾條紋濾波;同時光闌濾波要求莫爾條紋具有固定的空間頻率，光柵在使用時常常滿足不了要求;光闌濾波降低了信號的對比度，光柵均勻性引起的直流電平漂移也更加突出，光闌濾波器的這些缺點大大限制了其使用范圍。

本發明的目的，是提供一種新型的光柵測量裝置，該裝置能夠輸出單一諧波的光柵信號。

本發明的要點是通過合理設計光柵測量系統中光柵柵線的結構，使光柵信號輸出單一諧波。具體的是其指示光柵為光柵刻線的光強透過率按正弦函數變化的正弦指標光柵。本發明的另一特征是其黑白主光柵與正弦指示光柵均采用線性光柵，正弦指標光柵至少有一塊刻劃區域沿刻線刻劃垂直的方向滿足：

l ( x ) = Σ m = - 1 - 1 l m e × p ( Ωπ × m d ) ]]>

。本發明的第三個特征是，黑白光柵與正弦指示光柵均采用徑向光柵，其正弦指示光柵至少有一塊刻劃區域滿足：

l ( θ ) = Σ m = - 1 + 1 l m e × p ( ΩθQm ω ) ]]>

圖1為本發明的光學系統示意圖。

圖2為黑白光柵劃線的透光函數曲線。

圖3為正弦指示光柵刻劃線的透光特性曲線。

圖4a為黑白光柵和正弦指示光柵刻線方向一致形成光閘莫爾條紋的示意圖。

圖4b為黑白主光柵和正弦指示光柵以微小角度相交形成橫向莫爾條紋的示意圖。

圖5為本發明測量角位移的示意圖。

圖中1-光源，2-聚光鏡，3-黑白主光柵，3′-黑白主光柵刻線，4-正弦指示光柵，4′-正弦指示光柵刻線，5-光電接收裝置，6-軸，

z-黑白主光柵與正弦指示光柵之間的間隙，

x-沿與光柵刻線垂直方向的坐標，

y-沿與光柵刻線平行方向的坐標，

τ₀-為正弦指示光柵的平均光強透過率

τ₁-為正弦指示光柵的最大光強透過率與τ₀之差。