摩尔条纹实验报告.doc

光学设计实验 莫尔条纹原理及其应用 学生姓名：周波 指导教师：李金环 所在学院：物理学院 所学专业：物理学（公费） 中国·长春 2014年6月 莫尔条纹原理及应用 一、摘要: 目前，以莫尔条纹技术为基础的光栅线性位移传感器发展十分迅速，光栅长度测量系统的分辨率达到纳米级，测量精度已达 0.1um，已成为位移测量领域各工业化国家竞争的关键技术。它的应用非常广泛，几乎渗透到社会科学中的各个领域，如机床行业、计量测试部门、航空航天航海、科研教育以及国防等各个行业部门。 本文详细阐述了莫尔条纹的形成机理，当计量光栅为粗光栅时，莫尔条纹形成机理用遮光阴影原理解释，当计量光栅为细光栅时，则用衍射干涉原理解释，以及相关公式的推导过程。然后系统介绍了莫尔条纹的有关应用以及光栅传感器的原理和应用。说明了微小偏向角的测量原理及方法，到达对莫尔条纹的进一步理解和认识。 关键词：莫尔条纹，光栅传感器，微小偏向角 二、英文摘要 at the present time, grating linear movement sensor based on grating moiré fringe interferometry technology has developed rapidly.grating movement measurement system has reached the nanometer level resolution, measuring accuracy than 0.1um.it is widely used, almost penetrated into the social sciences in various fields, such as the machine tool industry,test measurement,aerospace navigation,national defense,education and scientific research in all industry sectors. this paper describes in detail the formation mechanismof moiré fringes, when the grating is coarse grating , moiré fringe formation mechanism explained by shading shadow principle, when the grating is fine grating diffraction interferometry,with the explanation,the reasoning process and the correlation formula. then introduces the application of grating sensor principle and application of moiré fringe.the small deviation angle measuring principle and method, tof urther understanding of moiré fringe. keywords: moire fringe，grating sensor，deviation angle 三、正文 1、问题提出 光栅莫尔条纹技术是一门既古老又现代的测量技术。对莫尔条纹的研究最早可以追溯到十九世纪末期，二十世纪五十年代以后开始应用于实际测量，并逐步对莫尔条纹的形成机理开展了广泛的研究，至今已形成了三种主要的理论：基于阴影成像原理：认为由条纹构成的轨迹可表示莫尔条纹的光强分布；基于衍射干涉原理：认为由条纹构成的新的光强分布可按衍射波之间的干涉结果来描述；基于傅立叶变换原理：认为形成的莫尔条纹是由低于光栅频率项所组成。 这三种理论都可以解释莫尔条纹现象。一般来说，光栅刻线较疏的可用遮光阴影原理来解释，而光栅刻线较密的用衍射干涉原理来解释则更为恰当。莫尔条纹形成机理是所有光栅式测量系统的理论基础深入研究光栅莫尔条纹形成机理，分析讨论它的结构及光强分布规律，这对光电位移传感器的结构设计、改善莫尔条纹光电信号质量等都具有指导意义。 光栅线性位移传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 线性位移光栅尺主要应用于直线移动导轨机构，可实现微小位移的精确测量、显示和自动控制，已广泛应用于机床加工和仪器的精密测量。现代的自动控制系统中已广泛地采用光电传感器(如光栅尺)来解决轴的线