一种新型光栅传感器及其使用方法与流程

专利2022-06-29  69


本发明涉及光栅传感器技术领域,特别涉及一种新型光栅传感器及其使用方法。



背景技术:

光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一种计量光栅,多用于位移测量及与位移相关的物理量,如速度、加速度、震动、质量、表面轮廓等方面的测量,现有的光栅传感器精度难以提高。



技术实现要素:

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足,提供一种新型光栅传感器及其使用方法,提高光栅测量精度。

为了实现上述发明目的,本发明实施例提供了以下技术方案:

一种新型光栅传感器,包括读数头与直角反射光栅,所述读数头包括:

激光源,用于发射激光束;

直角反射镜组,用于接收直角反射光栅反射的激光束,并将接收到的激光束再反射至直角反射光栅;

指示光栅,用于接收直角反射光栅反射的激光束,激光束通过直角反射光栅与指示光栅的作用形成莫尔条纹后入射至光电探测器,同时所述指示光栅与直角反射光栅具有微小夹角;

光电探测器,用于接收经过指示光栅形成的莫尔条纹,并将光信号转换为电信号后发送至处理器;

处理器,用于接收光电探测器发送的电信号,根据光电探测器发送的电信号计算直角反射光栅与读数头的相对位移量。

更进一步地,所述直角反射光栅包括n组第一反射结构,每组所述第一反射结构包括相互垂直的平面反射面和反射光栅。

更进一步地,所述反射光栅的栅距d1与所述指示光栅d2的栅距符合

更进一步地,所述直角反射镜组包括m组第二反射结构,其中m小于等于n-1,每组所述第二反射结构包括两个相互垂直的反射面。

更进一步地,所述光电探测器为四级硅光电池。

作为另一种可实施方式,一种新型光栅传感器,包括读数头与直角反射镜组,所述读数头包括:

激光源,用于发射激光束;

直角反射光栅,用于接收直角反射镜组反射的激光束,并将接收到的激光束再反射至直角反射镜组;

指示光栅,用于接收直角反射光栅反射的激光束,激光束通过直角反射光栅与指示光栅的作用形成莫尔条纹后入射至光电探测器,同时所述指示光栅与直角反射光栅具有微小夹角;

光电探测器,用于接收经过指示光栅形成的莫尔条纹,并将光信号转换为电信号后发送至处理器;

处理器,用于接收光电探测器发送的电信号,根据光电探测器发送的电信号计算直角反射光栅与读数头的相对位移量。

更进一步地,所述直角反射镜组包括n组第二反射结构,每组所述第二反射结构包括两个相互垂直的反射面;

更进一步地,所述直角反射光栅包括m组第一反射结构,其中m小于等于n-1,每组所述第一反射结构包括两个相互垂直的平面反射面,其中最后一组第一反射结构的最后一个平面反射面上设置有反射光栅。

一种新型光栅传感器的使用方法,包括以下步骤:

步骤s1:设置读数头;使得读数头能测量直角反射光栅反射的激光束;

步骤s2:开启激光源,激光源发射激光束至直角反射光栅的第一组第一反射结构的平面反射面中,该平面反射面将激光束反射至所述第一组第一反射结构的反射光栅中,该反射光栅将激光束反射至直角反射镜组的反射面;所述直角反射镜的反射面将接收到的激光束反射至直角反射光栅的第二组第一反射结构的平面反射镜中,多次反射激光束,直至所述直角反射光栅的第n组第一反射结构的反射光栅接收到第n组第一反射结构的平面反射面反射的激光束;

步骤s3:所述第n组第一反射结构的反射光栅将接收到的激光束反射至指示光栅,此时指示光栅接收到了具有条纹状的激光束,激光束通过反射光栅与指示光栅的作用后形成莫尔条纹;并且莫尔条纹入射至光电探测器,所述光电探测器记录此时接收到光信号;

步骤s4:平行移动所述直角反射光栅或读数头,激光束经过直角反射光栅与直角反射镜组之间的多次反射后,指示光栅接收反射光栅反射的具有条纹状的激光束;条纹状激光束经过指示光栅形成莫尔条纹并入射至光电探测器,所述光电探测器记录移动了所述直角反射光栅或读数头后接收到的光信号;

步骤s5:处理器分别接收移动所述直角反射光栅或读数头前光电探测器将光信号转换后的电信号,以及移动了所述直角反射光栅或读数头后光电探测器将光信号转换后的电信号,根据两次电信号的差异计算出所述直角反射光栅与读数头的相对位移量x。

更进一步地,所述步骤s1具体包括以下步骤:

设置激光源,使得激光源发射的激光束射入直角反射光栅第一组第一反射结构的平面反射面中,并且所述激光源发射激光束与所述平面反射面之间存在45度夹角;

设置直角反射镜组,使得直角反射镜组的反射面能够接收到直角反射光栅的反射光栅反射的激光束,并且直角反射镜组的反射面能够将激光束反射至直角反射光栅的平面反射面中;

设置指示光栅,使得指示光栅能够接收到直角反射光栅第n组第一反射结构的反射光栅反射的激光束,并形成莫尔条纹后透射至光电探测器;

设置光电探测器与所述指示光栅平行,使得光电探测器能接收到指示光栅透射的莫尔条纹;

设置处理器与光电探测器电连接。

作为另一种可实施方式,一种新型光栅传感器的使用方法,包括以下步骤:

步骤s1:设置读数头;使得读数头能测量直角反射镜组反射的激光束;

步骤s2:开启激光源,激光源发射激光束至直角反射镜组的第一组第二反射结构的反射面中,经第一组第二反射结构的两个反射面反射后激光入射至直角反射光栅的第一反射结构的平面反射面中,经第一反射结构的两个平面反射面反射后入射至直角反射镜组的第二组第二反射结构的反射面中,多次反射激光束,直至所述直角反射光栅的第m组第一反射结构的平面反射面接收到直角反射镜组的第m组第二反射结构的反射面反射的激光束,经过直角反射光栅的第m组第一反射结构的平面反射面反射后,入射至直角反射光栅的第m组第一反射结构的反射光栅,形成具有条纹状的激光束反射至直角反射镜组的第m 1组第二反射结构,经过直角反射镜组的第m 1组第二反射结构的两个反射面反射后入射至指示光栅;

步骤s3:条纹状的激光束通过指示光栅的作用后形成莫尔条纹;并且莫尔条纹入射至光电探测器,所述光电探测器记录此时接收到光信号;

步骤s4:平行移动所述直角反射镜组或读数头,激光束经过直角反射镜组与直角反射光栅之间的多次反射后,指示光栅接收直角反射镜组反射的具有条纹状的激光束;条纹状激光束经过指示光栅将形成莫尔条纹并入射至光电探测器,所述光电探测器记录移动了所述直角反射镜组或读数头后接收到的光信号;

步骤s5:处理器分别接收移动所述直角反射镜组或读数头前光电探测器将光信号转换后的电信号,以及移动了所述直角反射镜组或读数头后光电探测器将光信号转换后的电信号,根据两次电信号的差异计算出所述直角反射镜组与读数头的相对位移量x。

与现有技术相比,本发明的有益效果:

本发明中激光束经过直角反射光栅与固定直角反射镜之间的多次反射,所述直角反射光栅在移动前后两次激光束之间存在的光程差成多倍放大,光程放大后再经过反射光栅与指示光栅之间的莫尔条纹的放大,进一步提高了本方案光栅传感器的位移测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1光栅传感器结构示意图;

图2为本发明实施例1直角反射光栅和直角反射镜组示意图;

图3为本发明实施例2光栅传感器结构示意图;

图4为本发明实施例2直角反射镜组与直角反射光栅示意图。

主要元件符号说明

激光源1,直角反射镜组2,反射面21、22,指示光栅3,光电探测器4,直角反射光栅5,平面反射面51,反射光栅52。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性,或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

实施例1:

本发明通过下述技术方案实现,如图1所示,一种新型光栅传感器,包括读数头、直角反射光栅5,所述直角反射光栅5包括n组第一反射结构,每组所述第一反射结构包括相互垂直的平面反射面和反射光栅,所述读数头包括激光源1、直角反射镜组2、指示光栅3、光电探测器4、处理器,其中:

平面反射面为不可透射光线的反射面,反射光栅上具有固定栅距的光栅。

激光源1,用于向第一组第一反射结构中的平面反射面发射激光束。

直角反射镜组2包括m组第二反射结构,m小于等于n-1,每组所述第二反射结构包括两面相互垂直的反射面,且每一组第二反射结构中有一面反射面与所述直角反射光栅5中的平面反射面平行,第二反射结构中另一面反射面与所述直角反射光栅5中的反射光栅平行。

指示光栅3,用于接收第n组第一反射结构的反射光栅反射的激光束,并形成莫尔条纹后透射至光电探测器4,且指示光栅3的栅距d2与所述反射光栅的栅距d1符合

光电探测器4,用于接收经过指示光栅3形成的莫尔条纹,并形成光信号后转换为电信号,再将电信号发送至处理器。

处理器,与光电探测器电连接,接收光电探测器发送的电信号,根据光电探测器发送的电信号计算出直角反射光栅5与读数头的相对位移量。

需要说明的是,如图2所示,本实施例中所述直角反射光栅5具有三组第一反射结构,每组所述第一反射结构包括平面反射面51、与平面反射面51垂直的反射光栅52。所述直角反射镜组2具有两组第二反射结构,每组第二反射结构包括相互垂直的两面反射面(图2中标号21和22)。从图2中可以看出,直角反射镜组2中的反射面21与直角反射光栅5中的反射光栅52平行,直角反射镜组2中的反射面22与直角反射光栅5中的平面反射面51平行。

为了便于说明本方案的工作原理,将直角反射光栅5在移动前与直角反射镜组2相互反射的激光束定义为第一激光束,将直角反射光栅5在移动后与直角反射镜组2相互反射的激光束定义为第二激光束,但所述第一激光束与第二激光束为同一激光束,其波长相同,测量环境相同。

测量开始时,开启激光源1,激光源1向直角反射光栅5的第一组第一反射结构的平面反射镜51发射第一激光束,第一激光束经平面反射镜51反射至反射光栅52,反射光栅52再将第一激光束反射至直角反射镜组2的第一组第二反射结构的反射面21,该反射面21将第一激光束反射至同一组第二反射结构的另一面反射面22,该面反射面22再将第一激光束反射至直角反射光栅5的第二组第一反射结构的平面反射面51,经过多次的反射后,第一激光束落入直角反射光栅5的第三组第一反射结构的反射光栅52中。由于激光源1与平面反射面51之间存在45度夹角,直角反射光栅5与直角反射镜组2中相邻的两个面都是相互垂直的,因此激光束入射至任一面时,与反射出去时的夹角都为90度。

所述反射光栅52的栅距d1与指示光栅3的栅距d2符合第三组第一反射结构的反射光栅52反射的第一激光束为具有条纹状的激光束,由于反射光栅52上的光栅刻痕与指示光栅3上的光栅刻痕存在一定夹角,虽然其夹角角度很小,反射光栅52与指示光栅3作用也形成了莫尔条纹。指示光栅3将具有条纹状的第一激光束(莫尔条纹)透射至光电探测器4。

本实施例设置水平移动直角反射光栅5,测量开始后,向如图1所示的箭头所指方向平行移动所述直角反射光栅5,激光源1发射的第二激光束经过直角反射光栅5和直角反射镜组2之间的多次反射后,第二激光束也同样落入直角反射光栅5的第三组第一反射结构的反射光栅52中,经反射光栅52反射至指示光栅3,指示光栅3将第二激光束(莫尔条纹)透射至光电探测器4。

由于所述直角反射光栅5相对于读数头产生了位移量,第二激光束经直角反射光栅5和直角反射镜组2之间的多次反射后,第二激光束与第一激光束产生水平位移变化,并且反射的次数越多,两次激光束的水平位移差就越大,第一激光束与第二激光束从反射光栅52反射至指示光栅3时,分别落入指示光栅3的两处地方,形成不同的莫尔条纹,两次激光束都是通过指示光栅3透射入光电探测器4。

为了便于说明,将第一激光束落入光电探测器4形成的光信号定义为第一光信号,光电探测器4将第一光信号转换为第一电信号;将第二激光束落入光电探测器4形成的光信号定义为第二光信号,光电探测器4将第二光信号转换为第二电信号。

处理器根据第一电信号与第二信号的特征,可以计算出直角反射光栅5与读数头的相对位移量x,即本方案所述光栅传感器完成了测量工作。

激光束经过直角反射光栅5与直角反射镜组2之间的多次反射,所述直角反射光栅5在移动前后两次激光束之间存在的水平位移量成多倍放大,水平位移量放大后再经过反射光栅52与指示光栅3之间的莫尔条纹进行再次放大,进一步提高了本方案光栅传感器的位移测量精度。

基于上述光栅传感器,本方案还提出一种新型光栅传感器的使用方法,包括以下步骤:

步骤s1:设置读数头;使得读数头能测量直角反射光栅反射的激光束;

所述步骤s1具体包括以下步骤:

设置激光源,使得激光源发射的激光束射入直角反射光栅第一组第一反射结构的平面反射面中,并且所述激光源发射激光束与所述平面反射面之间存在45度夹角;

设置直角反射镜组,使得直角反射镜组的反射面能够接收到直角反射光栅的反射光栅反射的激光束,并且直角反射镜组的反射面能够将激光束反射至直角反射光栅的平面反射面中;

设置指示光栅,使得指示光栅能够接收到直角反射光栅第n组第一反射结构的反射光栅反射的激光束,并形成莫尔条纹后透射至光电探测器;

设置光电探测器与所述指示光栅平行,使得光电探测器能接收到指示光栅透射的莫尔条纹;

设置处理器与光电探测器电连接;

步骤s2:开启激光源,激光源发射激光束至直角反射光栅的第一组第一反射结构的平面反射面中,该平面反射面将激光束反射至所述第一组第一反射结构的反射光栅中,该反射光栅将激光束反射至直角反射镜组的反射面;所述直角反射镜的反射面将接收到的激光束反射至直角反射光栅的第二组第一反射结构的平面反射镜中,多次反射激光束,直至所述直角反射光栅的第n组第一反射结构的反射光栅接收到第n组第一反射结构的平面反射面反射的激光束;

步骤s3:所述第n组第一反射结构的反射光栅将接收到的激光束反射至指示光栅,此时指示光栅接收到了具有条纹状的激光束,激光束通过反射光栅与指示光栅的作用后形成莫尔条纹;并且莫尔条纹入射至光电探测器,所述光电探测器记录此时接收到光信号;

步骤s4:平行移动所述直角反射光栅或读数头,激光束经过直角反射光栅与直角反射镜组之间的多次反射后,指示光栅接收反射光栅反射的具有条纹状的激光束;条纹状激光束经过指示光栅形成莫尔条纹并入射至光电探测器,所述光电探测器记录移动了所述直角反射光栅或读数头后接收到的光信号;

步骤s5:处理器分别接收移动所述直角反射光栅或读数头前光电探测器将光信号转换后的电信号,以及移动了所述直角反射光栅或读数头后光电探测器将光信号转换后的电信号,根据两次电信号的差异计算出所述直角反射光栅与读数头的相对位移量x。

实施例2:

作为另一种可实施方式,如图3所示,一种新型光栅传感器,包括读数头、直角反射镜组2,所述直角反射镜组2包括n组第二反射结构,每组所述第二反射结构包括两个相互垂直的反射面,所述读数头包括激光源1、直角反射光栅5、指示光栅3、光电探测器4、处理器,其中:

激光源1,用于向第一组第二反射结构中的反射面发射激光束。

直角反射光栅5包括包括m组第一反射结构,其中m小于等于n-1,每组所述第一反射结构包括两个相互垂直的反射面,其中最后一组第一反射结构的最后一个反射面上设置有反射光栅;且每一组第一反射结构中的一个平面反射面与直角反射镜组中的一个反射面平行,第一反射结构中的另一平面反射面与直角反射镜组中的另一反射面平行。

指示光栅3,用于接收第n组第二反射结构的反射光栅反射的激光束,并形成莫尔条纹后透射至光电探测器4,且指示光栅3的栅距d2与所述反射光栅的栅距d1符合

光电探测器4,用于接收指示光栅3透射的莫尔条纹,并形成光信号后转换为电信号,再将电信号发送至处理器。

处理器,与光电探测器4电连接,接收光电探测器4发送的电信号,根据光电探测器4发送的电信号计算出直角反射镜组2与读数头的相对位移量。

需要说明的是,如图4所示,本实施例中所述直角反射镜组2具有三组第二反射结构,每组所述第二反射结构包括相互垂直的两面反射面(图4中表号21和22)。所述直角反射光栅5具有两组第一反射结构,每组所述第一反射结构包括平面反射面51、与平面反射面垂直的另一平面反射面52,其中第二组第一反射结构的最后一个平面反射面52上设有反射光栅。

本实施例中所述光栅传感器的工作原理与实施例1相同,区别在于将所述直角反射光栅设置于所述读数头内,使所述直角反射镜组与读数头产生相对位移量进行测量,故不在此进行原理赘述。

基于本实施例的上述光栅传感器,本实施还提出一种新型光栅传感器的使用方法,包括以下步骤:

步骤s1:设置读数头;使得读数头能测量直角反射镜组反射的激光束;

步骤s2:开启激光源,激光源发射激光束至直角反射镜组的第一组第二反射结构的反射面中,经第一组第二反射结构的两个反射面反射后激光入射至直角反射光栅的第一反射结构的平面反射面中,经第一反射结构的两个平面反射面反射后入射至直角反射镜组的第二组第二反射结构的反射面中,多次反射激光束,直至所述直角反射光栅的第m组第一反射结构的平面反射面接收到直角反射镜组的第m组第二反射结构的反射面反射的激光束,经过直角反射光栅的第m组第一反射结构的平面反射面反射后,入射至直角反射光栅的第m组第一反射结构的反射光栅,形成具有条纹状的激光束反射至直角反射镜组的第m 1组第二反射结构,经过直角反射镜组的第m 1组第二反射结构的两个反射面反射后入射至指示光栅;

步骤s3:条纹状的激光束通过指示光栅的作用后形成莫尔条纹;并且莫尔条纹入射至光电探测器,所述光电探测器记录此时接收到光信号;

步骤s4:平行移动所述直角反射镜组或读数头,激光束经过直角反射镜组与直角反射光栅之间的多次反射后,指示光栅接收直角反射镜组反射的具有条纹状的激光束;条纹状激光束经过指示光栅将形成莫尔条纹并入射至光电探测器,所述光电探测器记录移动了所述直角反射镜组或读数头后接收到的光信号;

步骤s5:处理器分别接收移动所述直角反射镜组或读数头前光电探测器将光信号转换后的电信号,以及移动了所述直角反射镜组或读数头后光电探测器将光信号转换后的电信号,根据两次电信号的差异计算出所述直角反射镜组与读数头的相对位移量x。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。


技术特征:

1.一种新型光栅传感器,包括读数头与直角反射光栅,其特征在于:所述读数头包括:

激光源,用于发射激光束;

直角反射镜组,用于接收直角反射光栅反射的激光束,并将接收到的激光束再反射至直角反射光栅;

指示光栅,用于接收直角反射光栅反射的激光束,激光束通过直角反射光栅与指示光栅的作用形成莫尔条纹后入射至光电探测器;

光电探测器,用于接收经过指示光栅形成的莫尔条纹,并将光信号转换为电信号后发送至处理器;

处理器,用于接收光电探测器发送的电信号,根据光电探测器发送的电信号计算直角反射光栅与读数头的相对位移量。

2.根据权利要求1所述的一种新型光栅传感器,其特征在于:所述直角反射光栅包括n组第一反射结构,每组所述第一反射结构包括相互垂直的平面反射面和反射光栅。

3.根据权利要求2所述的一种新型光栅传感器,其特征在于:所述反射光栅的栅距d1与所述指示光栅的栅距d2符合

4.根据权利要求2所述的一种新型光栅传感器,其特征在于:所述直角反射镜组包括m组第二反射结构,其中m小于等于n-1,每组所述第二反射结构包括两个相互垂直的反射面。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种新型光栅传感器,其特征在于:所述光电探测器为四级硅光电池。

6.一种新型光栅传感器,包括读数头与直角反射镜组,其特征在于:所述读数头包括:

激光源,用于发射激光束;

直角反射光栅,用于接收直角反射镜组反射的激光束,并将接收到的激光束再反射至直角反射镜组;

指示光栅,用于接收直角反射镜组反射的激光束,激光束通过直角反射光栅与指示光栅的作用形成莫尔条纹后入射至光电探测器;

光电探测器,用于接收经过指示光栅形成的莫尔条纹,并将光信号转换为电信号后发送至处理器;

处理器,用于接收光电探测器发送的电信号,根据光电探测器发送的电信号计算直角反射光栅与读数头的相对位移量。

7.根据权利要求6所述的一种新型光栅传感器,其特征在于:所述直角反射镜组包括n组第二反射结构,每组所述第二反射结构包括两个相互垂直的反射面。

8.根据权利要求7所述的一种新型光栅传感器,其特征在于:所述直角反射光栅包括m组第一反射结构,其中m小于等于n-1,每组所述第一反射结构包括两个相互垂直的平面反射面,其中最后一组第一反射结构的最后一个平面反射面上设置有反射光栅。

9.一种新型光栅传感器的使用方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤s1:设置读数头;使得读数头能测量直角反射光栅反射的激光束;

步骤s2:开启激光源,激光源发射激光束至直角反射光栅的第一组第一反射结构的平面反射面中,该平面反射面将激光束反射至所述第一组第一反射结构的反射光栅中,该反射光栅将激光束反射至直角反射镜组的反射面;所述直角反射镜的反射面将接收到的激光束反射至直角反射光栅的第二组第一反射结构的平面反射镜中,多次反射激光束,直至所述直角反射光栅的第n组第一反射结构的反射光栅接收到第n组第一反射结构的平面反射面反射的激光束;

步骤s3:所述第n组第一反射结构的反射光栅将接收到的激光束反射至指示光栅,此时指示光栅接收到了具有条纹状的激光束,激光束通过反射光栅与指示光栅的作用后形成莫尔条纹;并且莫尔条纹入射至光电探测器,所述光电探测器记录此时接收到光信号;

步骤s4:平行移动所述直角反射光栅或读数头,激光束经过直角反射光栅与直角反射镜组之间的多次反射后,指示光栅接收反射光栅反射的具有条纹状的激光束;条纹状激光束经过指示光栅形成莫尔条纹并入射至光电探测器,所述光电探测器记录移动了所述直角反射光栅或读数头后接收到的光信号;

步骤s5:处理器分别接收移动所述直角反射光栅或读数头前光电探测器将光信号转换后的电信号,以及移动了所述直角反射光栅或读数头后光电探测器将光信号转换后的电信号,根据两次电信号的差异计算出所述直角反射光栅与读数头的相对位移量x。

10.一种新型光栅传感器的使用方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤s1:设置读数头;使得读数头能测量直角反射镜组反射的激光束;

步骤s2:开启激光源,激光源发射激光束至直角反射镜组的第一组第二反射结构的反射面中,经第一组第二反射结构的两个反射面反射后激光入射至直角反射光栅的第一反射结构的平面反射面中,经第一反射结构的两个平面反射面反射后入射至直角反射镜组的第二组第二反射结构的反射面中,多次反射激光束,直至所述直角反射光栅的第m组第一反射结构的平面反射面接收到直角反射镜组的第m组第二反射结构的反射面反射的激光束,经过直角反射光栅的第m组第一反射结构的平面反射面反射后,入射至直角反射光栅的第m组第一反射结构的反射光栅,形成具有条纹状的激光束反射至直角反射镜组的第m 1组第二反射结构,经过直角反射镜组的第m 1组第二反射结构的两个反射面反射后入射至指示光栅;

步骤s3:条纹状的激光束通过指示光栅的作用后形成莫尔条纹;并且莫尔条纹入射至光电探测器,所述光电探测器记录此时接收到光信号;

步骤s4:平行移动所述直角反射镜组或读数头,激光束经过直角反射镜组与直角反射光栅之间的多次反射后,指示光栅接收直角反射镜组反射的具有条纹状的激光束;条纹状激光束经过指示光栅将形成莫尔条纹并入射至光电探测器,所述光电探测器记录移动了所述直角反射镜组或读数头后接收到的光信号;

步骤s5:处理器分别接收移动所述直角反射镜组或读数头前光电探测器将光信号转换后的电信号,以及移动了所述直角反射镜组或读数头后光电探测器将光信号转换后的电信号,根据两次电信号的差异计算出所述直角反射镜组与读数头的相对位移量x。

技术总结
本发明涉及一种新型光栅传感器及其使用方法,包括读数头、直角反射光栅,所述直角反射光栅包括N组第一反射结构,每组所述第一反射结构包括相互垂直的平面反射面和反射光栅,所述读数头包括激光源、直角反射镜组、指示光栅、光电探测器、处理器。本发明中激光束经过直角反射光栅与直角反射镜之间的多次反射,所述直角反射光栅在移动前后两次激光束之间存在的光程差成多倍放大,光程放大后再经过指示光栅后形成莫尔条纹的放大效果,进一步提高了本发明的光栅传感器的位移测量精度。

技术研发人员:张白
受保护的技术使用者:北方民族大学
技术研发日:2020.03.13
技术公布日:2020.06.05

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