光柵傳感器指采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。光柵是在一塊長條形的光學玻璃上密集等間距平行的刻線,刻線密度為10~100線/毫米。由光柵形成的疊柵條紋具有光學放大作用和誤差平均效應,因而能提高測量精度。
傳感器由標尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和測量系統(tǒng)四部分組成。標尺光柵相對于指示光柵移動時,便形成大致按正弦規(guī)律分布的明暗相間的疊柵條紋。這些條紋以光柵的相對運動速度移動,并直接照射到光電元件上,在它們的輸出端得到一串電脈沖,通過放大、整形、辨向和計數(shù)系統(tǒng)產生數(shù)字信號輸出,直接顯示被測的位移量。
1、機械工業(yè)
位移測量:光柵傳感器在機械工業(yè)中用于測量機械零件的線性位移和角度位移。例如,在數(shù)控機床和三坐標測量機中,光柵傳感器能夠精確測量工作臺的位置和移動距離。
振動分析:光柵傳感器可用于檢測機械設備的振動狀態(tài),通過分析振動信號來判斷設備的健康情況和故障原因。
2、航天航空
結構健康監(jiān)測:在航天器及船舶中,光柵傳感器用于監(jiān)測復合材料結構的應力和應變,確保其安全可靠性。例如,光纖光柵傳感器可以嵌入到飛機機翼中,實時監(jiān)測其形變和受力情況。
環(huán)境參數(shù)監(jiān)測:光柵傳感器還用于測量航天器和船舶上的溫度、壓力等環(huán)境參數(shù),為飛行和航行提供數(shù)據(jù)支持。
3、土木工程
橋梁監(jiān)測:在橋梁建設和維護中,光柵傳感器用于監(jiān)測橋梁的應變和溫度變化,幫助工程師評估橋梁的結構健康狀況。例如,通過將光柵傳感器安裝在橋梁的關鍵部位,可以實時監(jiān)測橋梁的變形和振動,及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。
建筑結構監(jiān)測:光柵傳感器也用于高層建筑和大型結構的健康監(jiān)測,確保其在地震和其他外力作用下的安全性。
4、電力系統(tǒng)
設備狀態(tài)監(jiān)測:在電力系統(tǒng)中,光柵傳感器用于監(jiān)測高壓電纜、變壓器等設備的振動和溫度。例如,通過監(jiān)測高壓開關柜的溫度變化,可以預防過熱引起的故障。
智能電網:光柵傳感器在智能電網中的應用也越來越廣泛,用于實時監(jiān)測電網的運行狀態(tài),提高供電可靠性。
5、化學工業(yè)
反應監(jiān)控:在化工生產中,光柵傳感器用于監(jiān)測化學反應過程中的溫度、壓力和濃度變化,確保反應過程的安全和效率。例如,通過監(jiān)測反應釜內的溫度和壓力,可以避免因超溫或超壓引發(fā)的事故。
管道監(jiān)測:光柵傳感器還用于監(jiān)測化工管道的泄漏和腐蝕情況,及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患。
6、醫(yī)療領域
生理參數(shù)監(jiān)測:在醫(yī)療領域,光柵傳感器用于監(jiān)測病人的體溫、血壓、心率等生理參數(shù)。例如,通過植入式光柵傳感器,可以實時監(jiān)測病人的心臟功能和血管狀態(tài),為醫(yī)生提供準確的診斷數(shù)據(jù)。
醫(yī)療器械監(jiān)測:光柵傳感器還用于監(jiān)測醫(yī)療器械的性能和狀態(tài),確保其正常工作和安全使用。