[实用新型]基于对称式变间距光栅倍频式读数系统的微位移测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型结构位移检测装置，尤其涉及一种对称式变间距光栅读数结构

背景技术

目前用光栅检测，有着结构简便，数据处理简单的特点。因此，利用光栅进行位移检测在各个行业有着广泛的应用。在微位移领域内，检测的分辨能力对整个装置的性能有着决定性的影响。较为常见的光栅，一般为等间距的，无法满足一些特殊情况下对球差，畸变等要求。

发明内容

本发明旨在发明一种结构较为简单，能够满足特殊情况的变间距光栅的倍频式读数系统。该系统具有较为简便的结构特征，并且分辨率在原有的基础上实现加倍。

该装置包括光源(1)，析光镜(2)，对称式变间距光栅(4)、第一和第二透镜(3)，反射镜(6)，限光狭缝(7)，光电探测器(8)。光源发出单色平面波经析光镜入射到第一透镜(3)上，调整为平行光经过光栅(4)。平行光经过第二透镜(5)聚焦在反光镜(6)上的m点处，经反光镜(6)反射，再经第二透镜(5)，调整为平行光，入射到光栅上(4)上，形成干涉。干涉光经第一透镜(3)、析光镜(2)和限光狭缝(7)聚焦到光电探测器(8)上。

采用一种新型的对称式变间距光栅，光栅以中间刻槽为对称线，两侧按照等差数列变化，可以得到位移与光栅光强变化周期的对应关系。

本发明有益效果：光路结构较为简便，分辨率在原有基础上实现加倍加倍，变间距对称式光栅相对于普通光栅可以满足某些特殊情况下对球差畸变的要求。

附图说明

图1、对称式变间距光栅光路示意图

图2、对称式变间距光栅示意图

图3、对称式变间距光栅透过率示意图

具体实施方式

如图1所示，光源发出单色平面波经析光镜入射到第一透镜(3)上，调整为平行光经过光栅(4)。平行光经过第二透镜(5)聚焦在反光镜(6)上的m点处，经反光镜(6)反射，再经第二透镜(5)，调整为平行光，入射到光栅上(4)上，形成干涉。干涉光经第一透镜(3)、析光镜(2)和限光狭缝(7)聚焦到光电探测器(8)上。由探测器(8)输出信号。

如图2所示，光栅以中间光栅以中间刻槽为对称线，两侧按照对差数列变化。

一个周期P₀为mP₁(P₁＞0，m为正整数)的光栅G₁的振幅透过率g(x₀)在一个周期内可表示为：

用傅里叶级数表示为

设A＝1，将代入公式中得

如图3所示的周期函数g₁(x₀)，周期可视为在原有的2，4，5…级光栅缺失的情况下，位移为qP₁的m个g(x₀)的叠加，用傅里叶级数可表示为

设另一个周期P′的Ronchi光栅G₂，栅线方向与Y轴有一个小的夹角θ，其振幅透过率

当P’＝mP₁＝P₀，G₁与G₂的叠加时其强度透过率

I＝|g₁(x)|²|g₂(x，y)|².

为了方便，忽略高次项，有

根据所设计的光路图1所示，光栅与其镜像发生相应的干涉。

因此，θ＝0。

式中，第一项为高频项。

将m＝1，θ＝0，q＝0代入公式中，忽略掉高次项，得

从而实现了整个测量的精度加倍。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案和发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。