《大学物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）莫尔效应及光栅传感器实验

莫尔效应及光栅传感实验1.电子签到：按要求进行微信签到，未签到以缺勤算无法录入成绩2.在报告册上填写完整信息（姓名、班级、班级报告箱编码、指导老师姓名，实验日期+上午）教师：代青

1. 电子签到：按要求进行微信签到，未签到以缺勤算， 无法录入成绩 2.在报告册上填写完整信息（姓名、班级、班级报告 箱编码、指导老师姓名，实验日期+上午） 教师：代青 莫尔效应及光栅传感实验

“武汉理工大学物理实验中心”1、微信扫描二维码或直接搜索关注“武汉理工大学物理实验中心”公众号；2、点击“我的账户-微信注册”，输入学号姓名进行帐号绑定3、点击“学生-我要上机”查询实验台分配信息，前往系统分配的实验台后，点击“学生-扫码签到”扫描实验台上的二维码，微信返回“签到成功”物定监中心

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实验目的理解莫尔现象的产生机理了解光栅传感器的结构观察直线光栅、径向圆光栅、切向圆光栅的莫尔条纹并验证其特性用直线光栅测量线位移用圆光栅测量角位移

 理解莫尔现象的产生机理  了解光栅传感器的结构  观察直线光栅、径向圆光栅、切向圆光栅的莫尔 条纹并验证其特性  用直线光栅测量线位移  用圆光栅测量角位移

引言1、莫尔条纹18世纪法国研究人员莫尔先生发现的一种光学现象任何具有一定排列规律的几何图案的重合，均能形成莫尔条纹。生活中的莫尔条纹?2、光栅传感器光栅传感器是利用莫尔条纹原理测量位移的传感器计量光栅。线位移，角位移

1、莫尔条纹 18世纪法国研究人员莫尔先生发现的一种光学现象。 任何具有一定排列规律的几何图案的重合，均能形 成莫尔条纹。 2、光栅传感器 光栅传感器是利用莫尔条纹原理测量位移的传感器。 计量光栅。 引言 生活中的莫 尔条纹？ 线位移，角位移

实验原理￥1.光栅（圆形）光学玻璃（光栅是在一块长条型或金属）上均匀刻上许多宽度相等的刻线，形成透光与不透光相间排列的光电器件。直线光栅：测量线位移栅线宽度a缝隙宽度b光栅常数d=a+bW

 1.光栅  光栅是在一块长条型（圆形）光学玻璃（ 或金属）上均匀刻上许多宽度相等的刻线，形 成透光与不透光相间排列的光电器件。 直线光栅：测量线位移 栅线宽度a 缝隙宽度b 光栅常数d=a+b

圆光栅：氵测量角位移11dFC缝隙宽度光栅常数栅距角栅线宽度

圆光栅：测量角位移 光栅常数 栅线宽度 缝隙宽度 栅距角

2.光栅的莫尔条纹√1.直线光栅横向莫尔条纹：由于两B光栅的栅线夹角很小，条纹近似与栅线的方向垂直。OddB :09形成原理？2 sin2纵向莫尔条纹：当栅线的夹角θ=0，且两光栅栅距不等时产生的莫尔条纹。光闻莫尔条纹：当栅线的夹角=0，且两光栅栅距相等时产生的莫尔条纹

 1.直线光栅 横向莫尔条纹：由于两 光栅的栅线夹角θ 很小， 条纹近似与栅线的方向 垂直。 纵向莫尔条纹：当栅线的夹角θ＝0，且两光栅栅距不等时产生的莫尔条纹。 光闸莫尔条纹：当栅线的夹角θ＝0, 且两光栅栅距相等时产生的莫尔条纹。   d d B =  2 2sin 形成原理？

横向莫尔条纹光闸莫尔条纹纵向莫尔条纹

横向莫尔条纹 光闸莫尔条纹 纵向莫尔条纹

直线光栅莫尔条纹特性同步性在保持两光栅交角一定的情况下，使一个光栅固定，另一个光栅沿栅线的垂直方向运动，每移动一个栅距d，莫尔条纹移动一个条纹间距B，若光栅反向运动，则莫尔条纹的移动方向也相反。位移放大作用当两光栅交角很小时，相当于把栅距放大了1/倍，莫尔条纹可以将很小的光栅位移同步放大为莫尔条纹的位移。例如当9三0.06度=T/3000弧度时，莫尔条纹宽度比光栅栅距天近于倍。当光栅移动微米量级时，莫尔条纹移动毫米量级。这样就将不便检测的微小位移转换成用光电器件易于测量的莫尔条纹移动。测得莫尔条纹移动的个数k就可以得到光栅的位移△/为△L=kd误差减小作用光电器件获取的莫尔条纹是两光栅重合区域所有光栅线综合作用的结果。即使光栅在刻画过程中有误差，莫尔条纹对刻画误差有平均作用，从而在很大程度上消除栅距的局部误差的影响，这是光栅传感器精度高的重要原因

◦ 同步性  在保持两光栅交角一定的情况下，使一个光栅固定，另一个光栅沿 栅线的垂直方向运动，每移动一个栅距d，莫尔条纹移动一个条纹 间距B，若光栅反向运动，则莫尔条纹的移动方向也相反。 ◦ 位移放大作用  当两光栅交角θ很小时，相当于把栅距d放大了1/θ倍，莫尔条纹可 以将很小的光栅位移同步放大为莫尔条纹的位移。例如当θ＝0.06 度＝π/3000弧度时，莫尔条纹宽度比光栅栅距大近千倍。当光栅 移动微米量级时，莫尔条纹移动毫米量级。这样就将不便检测的微 小位移转换成用光电器件易于测量的莫尔条纹移动。测得莫尔条纹 移动的个数k就可以得到光栅的位移ΔL为ΔL=kd。 ◦ 误差减小作用  光电器件获取的莫尔条纹是两光栅重合区域所有光栅线综合作用的 结果。即使光栅在刻画过程中有误差，莫尔条纹对刻画误差有平均 作用，从而在很大程度上消除栅距的局部误差的影响，这是光栅传 感器精度高的重要原因