光栅振动传感器设计与性能分析

摘要

光栅传感器作为一种高精度测量手段,被广泛应用于长度、角度等测量.但在振动测量过程中,光栅传感器结构稳定性好坏直接影响莫尔条纹质量,特别是两光栅间的相对位置变化是形成测量误差的主要来源,从而限制了光栅振动传感器的应用.光栅振动传感器是以主光栅为敏感元件——谐振子,通过弹簧与传感器外壳连接,形成弹簧——质量系统,拾取外部振动信号.限制光栅横向移动或扭摆,是保持传感器结构稳定的关键任务.本文采用横向限振弹簧片,减小横向振动和光栅振子的扭摆,并实现了光栅振动传感器设计,有效提高了传感器的结构稳定性.通过误差分析,提出了改善传感器性能的必要手段.实验证明,采用100线光栅组成光闸式光栅副,在垂直入射光原系统照射下,测振频率范围在10～300Hz内,振幅测量精度可以达到10-7m,动态范围可达到90dB.该传感器可用于地球物理勘探等中低频高精度振动测量.