光栅传感器指采用光栅迭栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线,刻线密度为10~100线/毫米。由光栅形成的迭栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应,因而能提高测量精度。
传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。标尺光栅相对于指示光栅移动时,便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的迭栅条纹。这些条纹以光栅的相对运动速度移动,并直接照射到光电元件上,在它们的输出端得到一串电脉冲,通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出,直接显示被测的位移量。
1、机械工业
位移测量:光栅传感器在机械工业中用于测量机械零件的线性位移和角度位移。例如,在数控机床和叁坐标测量机中,光栅传感器能够精确测量工作台的位置和移动距离。
振动分析:光栅传感器可用于检测机械设备的振动状态,通过分析振动信号来判断设备的健康情况和故障原因。
2、航天航空
结构健康监测:在航天器及船舶中,光栅传感器用于监测复合材料结构的应力和应变,确保其安全可靠性。例如,光纤光栅传感器可以嵌入到飞机机翼中,实时监测其形变和受力情况。
环境参数监测:光栅传感器还用于测量航天器和船舶上的温度、压力等环境参数,为飞行和航行提供数据支持。
3、土木工程
桥梁监测:在桥梁建设和维护中,光栅传感器用于监测桥梁的应变和温度变化,帮助工程师评估桥梁的结构健康状况。例如,通过将光栅传感器安装在桥梁的关键部位,可以实时监测桥梁的变形和振动,及时发现潜在问题。
建筑结构监测:光栅传感器也用于高层建筑和大型结构的健康监测,确保其在地震和其他外力作用下的安全性。
4、电力系统
设备状态监测:在电力系统中,光栅传感器用于监测高压电缆、变压器等设备的振动和温度。例如,通过监测高压开关柜的温度变化,可以预防过热引起的故障。
智能电网:光栅传感器在智能电网中的应用也越来越广泛,用于实时监测电网的运行状态,提高供电可靠性。
5、化学工业
反应监控:在化工生产中,光栅传感器用于监测化学反应过程中的温度、压力和浓度变化,确保反应过程的安全和效率。例如,通过监测反应釜内的温度和压力,可以避免因超温或超压引发的事故。
管道监测:光栅传感器还用于监测化工管道的泄漏和腐蚀情况,及时发现并处理潜在的安全隐患。
6、医疗领域
生理参数监测:在医疗领域,光栅传感器用于监测病人的体温、血压、心率等生理参数。例如,通过植入式光栅传感器,可以实时监测病人的心脏功能和血管状态,为医生提供准确的诊断数据。
医疗器械监测:光栅传感器还用于监测医疗器械的性能和状态,确保其正常工作和安全使用。