基于對稱式變間距光柵倍頻式讀數系統的微位移測量裝置的制作方法

本發明涉及一種新型結構位移檢測裝置，尤其涉及一種對稱式變間距光柵讀數結構

背景技術：

目前用光柵檢測，有著結構簡便，數據處理簡單的特點。因此，利用光柵進行位移檢測在各個行業有著廣泛的應用。在微位移領域內，檢測的分辨能力對整個裝置的性能有著決定性的影響。較為常見的光柵，一般為等間距的，無法滿足一些特殊情況下對球差，畸變等要求。

技術實現要素：

本發明旨在發明一種結構較為簡單，能夠滿足特殊情況的變間距光柵的倍頻式讀數系統。該系統具有較為簡便的結構特征，并且分辨率在原有的基礎上實現加倍。

該裝置包括光源(1)，析光鏡(2)，對稱式變間距光柵(4)、透鏡(3)、(5)，反射鏡(6)，限光狹縫(7)，光電探測器(8)。光源發出單色平面波經析光鏡入射到透鏡(3)上，調整為平行光經過光柵(4)。平行光經過透鏡(5)聚焦在反光鏡(6)上的m點處，經反光鏡(6)反射，再經透鏡(5)，調整為平行光，入射到光柵上(4)上，形成干涉。干涉光經透鏡(3)、析光鏡(2)和限光狹縫(7)聚焦到光電探測器(8)上。

采用一種新型的對稱式變間距光柵，光柵以中間刻槽為對稱線，兩側按照等差數列變化，可以得到位移與光柵光強變化周期的對應關系。

本發明有益效果：光路結構較為簡便，分辨率在原有基礎上實現加倍加倍，變間距對稱式光柵相對于普通光柵可以滿足某些特殊情況下對球差畸變的要求。

附圖說明

圖1、對稱式變間距光柵光路示意圖

圖2、對稱式變間距光柵示意圖

圖3、對稱式變間距光柵透過率示意圖

具體實施方式

如圖1所示，光源發出單色平面波經析光鏡入射到透鏡(3)上，調整為平行光經過光柵(4)。平行光經過透鏡(5)聚焦在反光鏡(6)上的m點處，經反光鏡(6)反射，再經透鏡(5)，調整為平行光，入射到光柵上(4)上，形成干涉。干涉光經透鏡(3)、析光鏡(2)和限光狹縫(7)聚焦到光電探測器(8)上。由探測器(8)輸出信號。

如圖2所示，光柵以中間光柵以中間刻槽為對稱線，兩側按照對差數列變化。

一個周期P₀為mP₁(P₁＞0，m為正整數)的光柵G₁的振幅透過率g(x₀)在一個周期內可表示為：

用傅里葉級數表示為

設A＝1，將代入公式中得

如圖3所示的周期函數g₁(x₀)，周期可視為在原有的2，4，5…級光柵缺失的情況下，位移為qP₁的m個g(x₀)的疊加，用傅里葉級數可表示為

$(q=0,1,3,\mathrm{6...}\frac{a(a-1)}{2}\mathrm{...}m-1;a=1,2,\mathrm{3...};m=\frac{a(a-1)}{2};n=1,2,\mathrm{3...})$

設另一個周期P′的Ronchi光柵G₂，柵線方向與Y軸有一個小的夾角θ，其振幅透過率

當P’＝mP₁＝P₀，G₁與G₂的疊加時其強度透過率

I＝|g₁(x)|²|g₂(x，y)|².

為了方便，忽略高次項，有

根據所設計的光路圖1所示，光柵與其鏡像發生相應的干涉。

因此，θ＝0。

式中，第一項為高頻項。

將m＝1，θ＝0，q＝0代入公式中，忽略掉高次項，得

從而實現了整個測量的精度加倍。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此。任何熟悉本領域的技術人員在發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案和發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。