理论教育 莫尔条纹:高灵敏的位移测量方法

莫尔条纹:高灵敏的位移测量方法

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:莫尔条纹有如下两个重要的特性。当指示光栅不动、主光栅左右平移时,莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移动,查看莫尔条纹的上下移动方向,即可确定主光栅左右移动方向。莫尔条纹有位移的放大作用。这样,就可把肉眼看不见的光栅位移变成为清晰可见的莫尔条纹移动,可以用测量条纹的移动来检测光栅的位移,从而实现高灵敏的位移测量。

莫尔条纹:高灵敏的位移测量方法

由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅,其结构放大图如图7-7 所示。用玻璃制成的光栅称为透射光栅,它是在透明玻璃上刻出大量等宽等间距的平行刻痕,每条刻痕处是不透光的,而两刻痕之间是透光的。光栅的刻痕密度一般为每厘米10、25、50、100 线。刻痕之间的距离为栅距W。如果把两块栅距W 相等的光栅面平行安装,且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ 时,这时光栅上就会出现若干条明暗相间的条纹,这种条纹称为莫尔条纹,如图7-8 所示。莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带,它由一系列四棱形图案组成,如图7-8 中d-d 线区所示。f-f 线区则是由于光栅的遮光效应形成的。

莫尔条纹有如下两个重要的特性。

(1)当指示光栅不动、主光栅左右平移时,莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移动,查看莫尔条纹的上下移动方向,即可确定主光栅左右移动方向。

(2)莫尔条纹有位移的放大作用。当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W 时,莫尔条纹移动一个条纹间距B。当两个等距光栅的栅间夹角θ 较小时,主光栅移动一个栅距W,莫尔条纹移动KW 距离,K 为莫尔条纹的放大系数,可由下式确定,即

图7-7 光栅结构放大图(www.daowen.com)

图7-8 莫尔条纹

式中,条纹间距与栅距的关系为

由式(7-3)可以看出,当θ 角较小时,例如θ=30′,则K=115,表明莫尔条纹的放大倍数相当大。这样,就可把肉眼看不见的光栅位移变成为清晰可见的莫尔条纹移动,可以用测量条纹的移动来检测光栅的位移,从而实现高灵敏的位移测量。

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