光栅莫尔条纹技术的发展
莫尔条纹
莫尔条纹机电科学与工程系电子信息工程莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。
所谓莫尔条纹，是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹。
数控方面的莫尔条纹是由光栅固定在机床活动部件上，读数头装在机床固定部件上，并且两者相互平行放置，在光源的照射下形成明暗相见的条纹。
莫尔条纹具有如下特点：变化规律，两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。
由于光的衍射与干涉作用，莫尔条纹的变化规律近似正(余)弦函数，变化周期数与光栅相对位移的栅距数同步；放大作用，在两光栅栅线夹角较小的情况下，莫尔条纹宽度W和光栅栅距ω、栅线角θ之间有下列关系（θ的单位为rad，W的单位为mm），由于倾角很小，sinθ很小，则W=ω /θ，若ω＝0．01mm，θ＝0.01rad，则上式可得W＝1，即光栅放大了100倍；均化误差作用，由若干光栅条纹共用形成莫尔条纹，例如每毫米100线的光栅，10mm宽度的莫尔条纹就有1000条线纹，这样栅距之间的相邻误差就被平均化了消除了由于栅距不均匀、断裂等造成的误差。
莫尔条纹现象是由于信号取样频率接近感光器分辨率所致，通常解决方法用一个低通滤镜把高于感光器分辨率的信号挡住，其副作用就是降低成像分辨率。
因此在设计低通滤镜时设计师要在分辨率和莫尔条纹之间做一个妥协选择。
因为D70的CCD前面使用效果比较弱的低通滤镜，所以在提高成像分辨率也造成了莫尔条纹出现几率的增大，此现象也广泛出现于其他DSLR上。
根据莫尔条纹的形成原理制成了光栅尺位移传感器，其工作原理是，当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。
在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。
相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。
莫尔条纹现象与应用(一)
莫尔条纹现象与应用(一)
莫尔条纹现象与应用
什么是莫尔条纹现象
•莫尔条纹现象是一种光学现象，指的是两个平行条纹之间出现一系列增强和减弱的条纹。
它是由物体表面的微弱干涉所引起的。
莫尔条纹现象可以用来测量物体的曲率、表面粗糙度等性质。
莫尔条纹现象的应用
1. 表面缺陷检测
•莫尔条纹现象可以用来检测物体表面的缺陷，例如裂纹、磨损、划痕等。
通过观察莫尔条纹的变化，可以判断出表面的不平整程度，进而评估物体的质量。
2. 光学测量
•莫尔条纹现象被广泛应用于光学测量领域。
例如在相机镜头的校正和调试过程中，可以利用莫尔条纹来检测镜头的变形和畸变情况。
3. 材料参数测量
•莫尔条纹现象可以用来测量材料的参数，例如材料的折射率、膜厚等。
通过观察莫尔条纹的形态变化，可以反推出材料的物理性
质。
4. 薄膜涂层测量
•莫尔条纹现象在薄膜涂层领域有重要应用。
通过观察莫尔条纹的颜色变化和条纹密度，可以判断薄膜涂层的厚度和折射率等参数。
5. 纳米结构研究
•在纳米科技领域，莫尔条纹现象被应用于研究纳米结构的形态和性质。
通过观察莫尔条纹的变化，可以了解纳米材料的生长方式、晶格等信息。
结论
•莫尔条纹现象是一种重要的光学现象，它在表面缺陷检测、光学测量、材料参数测量、薄膜涂层测量和纳米结构研究等领域都有
广泛的应用。
通过利用莫尔条纹现象，我们可以更好地理解和利
用光学效应，推动科学技术的发展。
同心环形光栅莫尔条纹在测量角度方面的应用
同心环形光栅莫尔条纹在测量角度方面的应用
同心环形光栅莫尔条纹是一种有效的应用在测量角度方面的技术方案。
它可以被用于测量角度变化和角度精度要求较高的场合。
关于光栅莫尔条纹测量角度的原理非常简单。
在一个同心环形光栅上，当旋转物体在一定角度时，条纹就会错开导致黑白色调之间的颜色变化，这个变化可以直接反映出物体的旋转角度。
由于光栅莫尔条纹较好的传感性能，它被用来测量精度要求较高的物体旋转角度，比如测量电子仪器的旋转度、机器人的方向感知以及航空航天技术中的姿态控制。
特别是在平面定向控制中，具有轻量级以及高精度的优势，可以大大提高航空航天的技术水平。
此外，由于同心环光栅莫尔条纹还可以被用于测量不同角度下的图像识别，广泛应用于自动化设备上，为自动化行业发展提供了很大帮助。
总之，同心环形光栅莫尔条纹是一种在测量角度领域具有较高应用价值的技术方案，具有传感性能优越、精度高、轻量的优势，是一种改变测量角度领域新技术的标志性产品。
莫尔条纹形成原理及其特点
莫尔条纹形成原理及其特点
莫尔条纹是两个线或物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果。
它是光栅位移精密测量的基础，由两个空间频率相近的周期性光栅图形叠加形成。
当偏振光通过晶体时，会发生双折射现象，导致光线振动面发生旋转。
如果晶体中存在多个方向的结晶，则各个方向对偏振光的旋转角度不同，因此形成的干涉条纹也就呈现出不同的颜色和宽度。
莫尔条纹的特点有：
1. 颜色变化：莫尔条纹的颜色和亮度随晶体中不同方向的结晶特性而变化。
2. 条纹宽度：莫尔条纹的宽度通常与晶体的厚度有关，可以反映出晶体中的厚度变化。
3. 形状：莫尔条纹的形状通常呈现为交错的带状图案，在不同角度下呈现出不同的形态和方向。
此外，莫尔条纹在材料学和地质学等领域中有着重要的应用价值，例如确定晶体结构、检测物质缺陷、判别矿物种类以及评估材料性质等。
以上内容仅供参考，如需更专业的解释，建议咨询物理学家或查阅物理书籍。
光栅莫尔条纹原理莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先
光栅莫尔条纹原理莫尔条纹是十八世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。
从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。
实验原理如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。
莫尔条纹的宽度B为：B=P/sinθ其中P为光栅距。
光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。
光栅莫尔条纹的两个主要特征是(1)判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。
(2)位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。
K=B/D≈1/θ。
B=D/2sinθ/2≈d/θ，这样就可以把肉眼看不见的栅距位移变成清晰可见的条纹位移，实现高灵敏的位移测量。
实验仪器光栅组、移动平台实验步骤1、安装好主光栅与指示光栅，使两光栅保持平行，光栅间间隙要尽量小，微调主光栅角度，使莫尔条纹清晰可见。
2、旋动移动平台螺旋测微仪，向前或向后，观察莫尔条纹上下移动与指示光栅位移方向的关系。
3、人工微位移测量：当指示光栅位移一个光栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹距。
调节位移平台，仔细记数条纹移动数目，根据实验二十测得的光栅距，与位移条纹数相乘，此即为指示光栅的位移距离，实验时可与螺旋测微仪的转动刻度相对照。
（事实上光栅莫尔条纹记数所测得的位移精度远高于螺旋测微仪的精度）。
莫尔条纹原理及应用
光学设计实验莫尔条纹原理及应用学生姓名：指导教师：所在学院：物理学院所学专业：物理学中国·长春2014 年6 月一、中文摘要目前，以莫尔条纹技术为基础的光栅线性位移传感器发展十分迅速，光栅长度测量系统的分辨率达到纳米级，测量精度已达 0.1um，已成为位移测量领域各工业化国家竞争的关键技术。
它的应用非常广泛，几乎渗透到社会科学中的各个领域，如机床行业、计量测试部门、航空航天航海、科研教育以及国防等各个行业部门。
本文首先详细阐述了莫尔条纹的形成机理，当计量光栅为粗光栅时，莫尔条纹形成机理用遮光阴影原理解释，当计量光栅为细光栅时，则用衍射干涉原理解释。
然后系统介绍了基于莫尔条纹技术的光电测量仪器的设计原理，它由光栅读数头和对莫尔条纹信号进行处理的电子学部分组成，光栅读数头包括光栅副，光电接收元件，由光源和准直镜组成的照明系统，以及必要的光阑、接收狭缝、调整机构等。
最后提出了基于光栅莫尔条纹干涉计量技术的一种新的应用，即把光栅线性位移传感器应用在数字读数显微镜上，数字读数显微镜包括光学系统、控制与显示系统、CCD 摄像机与显示器四部分，其中，控制与显示系统是设计的核心模块，是基于 FPGA 技术实现的，它包括倍频鉴相模块、可逆计数模块、显示控制和显示接口模块。
经过大量的理论研究和实践测试工作，我们已经把光栅莫尔条纹技术成功地应用在数字读数显微镜上，实现了对被测物体线性位移的精密测量，测量分辨率达到 0.5um，测量精度达到±1um。
设计中用 CCD 摄像头代替目镜可以避免传统的肉眼观察的不便。
关键词：莫尔条纹，光栅读数头，FPGA，数字读数显微镜二、英文摘要At the present time, grating linear movement sensor based on grating Moiré fringe interferometry technology has developed rapidly.Grating movement measurement system has reached the nanometer level resolution, measuring accuracy than 0.1um.It is widely used, almost penetrated into the social sciences in various fields, such as the machine tool industry,test measurement,aerospace navigation,national defense,education and scientific research in all industry sectors.This paper first described in detail the formation mechanism of Moire fringe,when the measurement grating for coarse grating, the moire fringe formation mechanism of the shadow of the principle of using sunscreen to explain, when the measurement grating for fine grating, then explained by diffraction interference principle. And then systematically introduced the principle of design of grating linear movement sensor based on Grating Moire fringe technology, grating linear movement sensor is composed of grating reading-head and Moire fringe signal processing electronics components.Grating reading-head include Grating pair, the lighting system composed of light source, collimation mirror, the essential diaphragm, received slot and adjusted organization, etc. Finally, a new kind of application based on the Moire fringe interferometry technology is proposed, which apply the grating linear movement sensor to the digital reading microscope. The digital reading microscope includes optical system, control and display system,CCD camera and display four parts, among them, it is the key module that is designed to control with the display system, which is based on FPGA technology and mainly concludes four fold-frequency and direction-judgment module，reversible counter module,displaying control module and displaying interface module.After a lot of theoretical research and practical testing,we have already applied grating Moire fringe technology to the digital reading microscope successfully,which has made the accurate measurement of linear displacement of the testee become true, and the measured resolution has reached 0.5um, the measurement accuracy has reached ± 1um. CCD camera instead of eyepiece can avoid the inconvenience of traditional visual observation.Keywords: Moire Fringe, Grating Reading Head, FPGA, Digital Reading Microscope三、正文1、问题提出光栅莫尔条纹技术是一门既古老又现代的测量技术。
莫尔条纹的形成原理及特点四
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辨向电路
正向移动时脉冲数累加，反向移动时，便从累加的脉冲数中 减去反向移动所得到的脉冲数，这样光栅传感器就可辨向。
表5-1莫尔条纹和光栅移动方向与夹角转向之间的关系
标尺光栅相对指示光栅的转 角方向 标尺光栅移动 方向 向左 莫尔条纹移动方向 向上 向下 向下 向上
顺时针方向
向右 向左 逆时针方向 向右
2）光学放大作用 由公式B=W/θ可知，当W一定，而θ 较小时，可使θ<<1，则B>>W。
如：长光栅在一毫米内刻线为100条，θ＝ 10 ＝0.00029 rad，则：B=0.01/0.00029≈3.44mm， 放大344倍。
放大倍数可通过改变θ角连续变化，从而获得任 意粗细的莫尔条纹，即光栅具有连续变倍的作用。
3）均化误差作用
莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，
对光栅的刻线误差有平均作用。
四、莫尔条纹测量位移
光栅每移过一个栅距W，莫尔条纹就移过一 个间距B。通过测量莫尔条纹移过的数目，即可 得出光栅的位移量。
由于光栅的遮光作用，透过光 栅的光强随莫尔条纹的移动而变化， 变化规律接近于一直流信号和一交 流信号的叠加。固定在指示光栅一 侧的光电转换元件的输出，可以用 光栅位移量X的正弦函数表示，如 图5-5-3所示。只要测量波形变化 的周期数N（等于莫尔条纹移动数） 就可知道光栅的位移量X，其数学 图5-5-3 表达式为
图5-5-1光栅传感器的组成
三、莫尔条纹的形成原理及特点
1、莫尔条纹的形成原理
当两块光栅互相靠近且 沿刻线方向保持有一个夹角 θ时，两块光栅的暗条与亮 条重合的地方，使光线透不 过去，形成一条暗带 ；而亮 条与亮条重合的地方，部分 光线得以通过，形成一条亮 带 。这种亮带与暗带形成的 条纹称为莫尔条纹。
光栅莫尔条纹检测原理
光栅莫尔条纹检测原理哎呀，说起光栅莫尔条纹检测原理，这玩意儿可真是个技术活儿，不过别担心，我尽量用大白话给你讲清楚。
首先，咱们得知道啥是光栅。
光栅，说白了，就是那种有规则排列的条纹图案，就像你小时候玩的万花筒里那些密密麻麻的彩色小点，或者是你手机屏幕上那些肉眼几乎看不见的像素点。
光栅就是这种有规律的排列，但是它们是透明的，可以让光线通过。
然后，咱们再聊聊莫尔条纹。
这个就更有意思了，它其实是两个光栅叠加在一起时产生的一种视觉效果。
想象一下，你拿两张透明的纸，上面都画着平行的直线，然后你把这两张纸叠在一起，但是稍微错开一点角度。
这时候，你从侧面看，会发现那些直线之间形成了一种新的图案，这就是莫尔条纹。
这个莫尔条纹的产生，其实是因为光的干涉现象。
当两个光栅的条纹相互叠加时，光线会在某些地方相互加强，形成亮条纹；在其他地方相互抵消，形成暗条纹。
这些亮暗相间的条纹，就是莫尔条纹。
那么，这个莫尔条纹检测原理有啥用呢？用处可大了。
比如在精密测量领域，通过分析莫尔条纹的变化，可以非常精确地测量物体的位移或者形变。
这就像是用一把非常非常精确的尺子，去量物体的微小变化。
具体操作起来，就是把一个已知的光栅和一个待测物体上的光栅叠加在一起，然后观察莫尔条纹的变化。
如果物体发生了位移或者形变，那么莫尔条纹的位置和形状也会跟着变化。
通过测量这些变化，就可以得到物体的精确数据。
举个例子，就像你拿个尺子量桌子的长度，如果桌子稍微移动了一点，尺子上的刻度也会跟着变化。
通过观察这些变化，你就能知道桌子移动了多少。
总之，光栅莫尔条纹检测原理就是利用光的干涉现象，通过观察莫尔条纹的变化来测量物体的微小变化。
这玩意儿虽然听起来有点复杂，但其实原理挺简单的，就是光栅叠加，观察变化，测量数据。
希望我这大白话解释，能让你对这个原理有个直观的理解。
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光栅莫尔条纹技术的发展
光栅莫尔条纹技术是一门既古老又现代的测量技术。对莫尔条纹的研究最
早可以追溯到十九世纪末期，二十世纪五十年代以后开始应用于实际测量，并
逐步对莫尔条纹的形成机理开展了广泛的研究，至今已形成了三种主要的理论：
（1）基于阴影成像原理：认为由条纹构成的新的轨迹可表示莫尔条纹的光强
分布；（2）基于衍射干涉原理：认为由条纹构成的新的光强分布可按衍射波
之间的干涉结果来描述；（3）基于傅立叶变换原理：认为形成的莫尔条纹是
由低于光栅频率项所组成。这三种理论都可以较完满地解释莫尔条纹现象。一
般来说，第三种理论是一种广义的解释。光栅条纹较疏的可直接用遮光阴影原
理来解释，而光栅条纹较密的用衍射干涉原理来解释则更为恰当。上世纪六、
七十年代，由于光栅制造工艺的改进以及电子技术的发展，能够批量提供廉价
的光栅产品，并出现了电子细分技术，使光栅的分辨率和精度能够适应现代计
量的要求，莫尔条纹技术得到迅速推广应用，且出现了许多崭新的光栅莫尔条
纹测量技术。传统的四场扫描光栅系统（成都工具研究所开发的光栅传感器均
属这种系统）由于受污染影响较大，已逐渐被准单场扫描和单场扫描系统所取。
准单场扫描系统的指示光栅由两个相位不同的光栅组成，标尺光栅（主光栅）
反射后由四个光电池接收，得到相位差为 90°的 4 个莫尔条纹信号；单场扫描
系统采用栅距与主光栅略有不同的一个大光栅组成指示光栅，用栅状光电器件
接收信号。这两种结构中，由于都使用一个扫描场，光栅上的局部污染对各组
信号的光强影响大致相同，大幅度减少了因污染造成的测量误差。这二种扫描
系统都属于成像扫描原理，是目前广泛应用的光栅系统。1987 年，Haidenhain
公司推出了一种干涉扫描系统，该系统中，标尺光栅和指示光栅均采用相位光
栅，通过合理设计光栅线纹高度方向的形状来控制衍射的级次和相位，莫尔条