光电测长仪的原理及应用

　　光电测长仪是最新一代的全数字化的通用测量仪器，用途十分广泛。可直接用于测量或控制长度、位移等几何量;可配以适当的转换器，间接用于测量或控制压力、重量、硬度等物理量。它与千分表、扭簧比较仪等机械式测量工具相比，与超级光学仪、接触光波干涉仪等光学量仪相比，与电感、电容、电磁等电学量仪相比，有着许多突出的优点。例如:测量灵敏度与测量精度很高，测量范围很大;测量量程与测量分辨率的比值可达108一1010;漂移很小，使用灵活方便;便于实现自动测量、自动控制、自动数据处理;有很多的智能功能等等。　　       十年前我们在与国外同行进行国际合作研究时，了解到光电测量方法仪器化、集成化、市场化的必要性，回国后我们开始研制自己的光电测长仪，获得了中国专利(见:邹志强、褚家如、李明媛“一种光电数字线性规”，中国专利，1988)。并在有关部门的大力支持下，进行了小量试生产和定型批量投产。在机械制造及仪器制造等部门广泛应用，获得了较好效果。

　　我们研制生产的光电测长仪，测量范围目前可达100毫米，测量分辨率与满量程最大误差分为7个档次(其中A、B、C、D为一般系列，E、F、G为纳米系列)，如表l所示。

　　光电测长仪的工作原理

　　光电测长仪由光电传感器(光电测头)及光栅数显表两部分组成，不同精度档次的测长仪在结构和原理上各不相同，现以A档光电测长仪为例说明如下:

　　将有关的光学及精密机械零件都封装在一个壳体内的光电测头，外形上像一只千分表，安装使用方法也几乎与千分表一样(参见本期封面照片)。活动框架的中央装有主光栅，框架的两端通过精密配合各连接一根小轴，轴线严格重合(达到微米量级)。敏感元件的布局完全符合阿贝原理，因而保证了测量精度很高。在主光栅背后安排了一套光学照明系统，前面装有一块指示光栅，对着四个光敏元件，当测量时，被测零件通过下端小轴末端的触头使主光栅沿着小轴线运动，四个光敏元件分别送出四列正弦信号，其相位相互相差900，经过电缆传送到数显表上。

　数显表的核心元件是超大规模集成电路的单片微机(参看图2)。四路光电信号分别经过运算放大器、整形电路、微分电路和辨向电路进行可逆记数，同时光电信号经过A/D变换输人单片机，进行相位运算求出莫尔条纹的细分数值，莫尔条纹的整数与分数组合在一起乘以光栅常数便构成实际测量值，通过数码管显示在面板上或通过计算机接口输到有关控制系统。