[发明专利]光栅位移测量装置

说明书

本发明适用于线位移和角位移的测量。

光栅用于线位移和角位移的测量已为人们所熟知，通常光栅信号中含有丰富的谐波，高次谐波的含量一般可占基波的10％左右，这些高次谐波影响了光栅信号的质量。在测量仪器中，由于测量速度具有随意性，一般不能采用电路滤波的方法，而只能进行光学滤波。目前这一方面的研究很少，仅有一种用空间光阑改善光栅信号的正弦性的方法(美国专利3,674,372)。这种方法的不足之处在于：光阑只适用于横向和纵向莫尔条纹的滤波，无法对光闸莫尔条纹滤波；同时光阑滤波要求莫尔条纹具有固定的空间频率，光栅在使用时常常满足不了要求；光阑滤波降低了信号的对比度，光栅均匀性引起的直流电平漂移也更加突出，光阑滤波器的这些缺点使其很少应用。

本发明的目的在于提供一种由两个光栅组成的位移测量装置，该装置能够输出与位移有关的纯净的正弦信号。

本发明的基本思想是通过合理设计两光栅测量装置中指示光栅的刻线结构，使测量装置输出单一谐波的信号。在本发明中指示光栅的每条刻线是由多个精细的光学图形单元连接而成，每个光学图形单元含有透光部分，光强透过率为常数c，和不透光部分，光透过率为0。

图1是本发明所采用的光学系统结构示意图。

图2是图1中指示光栅4的局部示意图。

图3是图1中指示光栅4单个的透光单元的示意图。

图4为本发明的用于角位移测量的示意图。

图5是图4中径向指示光栅4的示意图。

图6是图4中指示光栅4的透光单元的示意图。

图中，1-光源，2-聚光镜，3-标尺光栅，4-指示光栅，5-光电接收装置，6-轴系。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

在图1所示的装置中，光源1位于聚光镜2的焦面上，光线经聚光镜2变为准直光，如果光源1本身能够发出准直光，聚光镜2可以省略不用。准直光依次通过彼此相邻的标尺光栅3和指示光栅4，标尺光栅3与指示光栅4之间取一很小的间隙z，以避免二者相互磨擦，它们可以在x轴方向作相对运动。标尺光栅3为一线性光栅，即光栅的各条刻线相互平行，指示光栅4的各条刻线也相互平行，并具有与标尺光栅3相同的光栅常数W。指示光栅4具有特别的刻线形式，如图2所示，它的每条刻线由许多个透光单元组成，每个透光单元中间有一透光孔，如图3所示，透光孔内光强透过率为常数c，透光孔以外区域光强透过率为0或接近于0，透光孔的内边缘沿y方向的跨度满足： Δ y = a i + b i sin ( 2 πx W + φ i ) - - - - - - - - ( 1 ) ]]>其中，W--光栅常数；

  i--光学图形单元的编号；

  a_i、b_i--与第i个光学图形单元形状大小有关的常数，对于不

            同的单元可以取不同的值；

  φ_i--第i个光学图形单元的初相角；