事我率
浅谈莫尔条纹两种扫描方法对细分影啊
林知南
(中国人民大学附属中学北京100084)
学术论坛
摘要：莫尔条纹从广义上讲是指具有一定规律的图索经过光线照射后产生的具有新规律的周期性图策。其中,利用光概的光学调制作用产生的莫尔条纹叫微光栅莫尔条纹光栅莫尔备纹技术从二十世纪中期开始应用予实除测量。光损尺需要对两路正交的莫尔备较光电信号进行细分达到高分辨率。不网的扫描方式对莫尔条纹光电信号的信号质量有较大影响。本文主要基于光栅尺的莫尔条纹测量原理和细分方法,对比单场担描和胃场妇描两种方式的优缺点。
关键调：莫尔条纹细分误差扫搭方法
中图分类号：TP274
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2015)11-0239-02
Abstract:moire finges ate generally referred to as periodic pattems with a certain regular pattem after the irradiation of a certain pattem. The moire fringes generated by the optical modulation of the grating are called grating moire fringes, and the moire finge technique is applied to the actual measurement in the middle of rwentieth Century. The grating ruler needs to be subdivided to achieve high resolution by the two channeks of the two channeks. Different scanning modes have great influence on the signal quality of Moire finge photoelectric signal. In this paper, the principle and subdivision method of moire fringes measurement based on grating ruler is mainly based on the comparison of two methods of single field scanning and four field scanning
Key Words:moire fringe subdivision error
canning method
光栅莫尔条纹，是利用一对光栅副(两个光栅)产生的黑白相间的条纹，白的地方透光强，黑的地方透光弱，是光线经过两个光概的调制作用，经过干涉和衍射形成的具有正弦规律的条纹。光栅莫尔条纹是光电编码器完成位移放大的理论基础，其中按照莫尔条纹移动方向，可以分为横向摩尔条纹，织向莫尔条致，基于双光酬的光概尺通常采用横向莫尔条纹。莫尔条纹用来精确计算微小位移，测量位移的精度的影响因素可以分为两个部分，--个是光栅的制作精度，另一个是奠尔条纹的信号质量0。因为采用莫尔条纹的信号质量由两部分组成，一部分可以认为是从出发点开始，经过的整个周期的数目，另一个部分是不满足一个整数周期的，需要通过对单周期的信号进行细分募尔条纹的扫描方式就是把周期分布的光强倍息转换成电信号的过程，该过程中涉及到莫尔条纹光电信号的质量间题，本文通过叙述光栅尺莫尔条纹测量原理以及细分方法，根据影响信号质量的因素比较了四场扫描和单场扫描两种扫描方式的优缺点。
2莫尔条纹测距 2.1测距原理
横向莫尔条纹是指指示光栅和标尺光的栅线相互平行，两者沿着垂直栅线位置移动过程中使投射光出现明暗周期变化的条纹，根据遮挡原理，当指示光栅和主光栅的条纹完全重合时，经过主光栅的光线，能够全部的经过指示光栅，即此时照射在探测器上的光强最强，当指示光栅的透光部分正好与主光栅的不透光部分重合时，光线照射在探测器上的光强最弱：在两者之间出现光强在最弱和最强之间的连续变化。如果指示光栅和标尺光栅采用相同光栅常数，探测器上得到的光强变化周期与光栅常数相等。横向莫尔条纹信号周期为光栅刻画周期，其位置信息由两部分组成，如式(1)所示， X其中为相对位置信息，工为光栅常数，n为经过的整数光周期的个数，X为非负整数，是不足整数周期的相对位移量，
X=n-T+x
(1)
上式中，n可以通过对每个周期发出的单个脉冲的脉冲数，而 x则是对一个光栅常数距离内的位移量的计算，需要在一一个周期内进行细分计算。
2.2细分原理
基于双光栅的光概尺通常采用横向莫尔条纹，2元通过对单周期内角度的确定，确定细分位置信息。目前利用三角函数求反正切的方法是目前高精度光栅尺常用的细分方法，该方法采用查表法得到位移量，计算速度快，细分精度高。反正切法需要测量四路相差 90°的横向莫尔条纹信号，如式(2)所示为每路光电池上接收信号的傅里叶展开式3-4为：
(2元
（2元
x+，+4,sin
x+
f(x)= A, + A, sin
2
7
(2)
其中A。为直流偏移量，A,为基波信号，剩余部分为高次波分量，T为光栅常数，n为请波次数。四路横向莫尔条纹信号简化为： sin(α)+k,cos(α)+k，=sin(α)+k，cos(α)+k。第路和第三路信号相减可以求得sin(α),第二路和第四路相减可以求得cos(α)，最后，通过求反正切法确定角度α在2元周期内的位置，完成单周期内细分位置计算。
3莫尔条纹信号扫描
莫尔条纹信号扫描是指探测器把横向莫尔条纹光强转化为电平信号的过程。四场扫描和单场扫描时目前使用最为广泛的两种莫尔条纹信号扫描方法，两种方法各自的特点对募尔条纹电信号的质量有不同的影响。
3.1四场扫描
为了得到上述四个信号，最简单的就是采用四个探测器，分别探测出上述四路信号，这联是四场扫描的由来。最初的四场扫措是采用与等周期刻划的指示光概，通过指示光概下方四块光电池沿运动方向逐步错开90来实现四路的相位差：后发展为指示光棵采用裂相光概，即每个场内条纹周期相同，但相邻的场的起始条纹相差 90"的相位差，这样每个场的探测器之闻可以等间距排列，产生90"相位差转移到指示光栅的制作上，减小了相位差保证的难度。
3.2单场扫描
单场扫描是在四场扫描基础上提出的，采用比四场扫描更大的扫描面积。国内使用广泛的一种扫描方式为采用多个四场扫描的裂相光概连续排列成一个面积更大的指示光概，对应探测器位置采用相对较小的探测器单元，最终多个同相位的探测单元电信号相加得
收移日期：2015-10-10
作者简介：林知南(1999一),女，黑龙江望奎人,在读高中生，中国人民大学附属中学高三(16)班,Email:hemoxiu2012@126.com。
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