使用光纤接收器信道的干涉测量微型光栅编码器读取头

摘要

本发明公开了一种用于传感标尺光栅位移的干涉测量光纤编码器读取头。该读取头的检测信道是具有各自的相位光栅掩模的光纤检测信道。该光纤编码器读取头被设置成检测由标尺光栅产生的干涉条纹的位移。在各种示例性实施例中，根据保证紧凑安装和相对理想的正弦信号作为位移函数的各种设计关系来构成并可操作地定位该光纤读取头。因此，可以实现高水平的位移信号的插值，可进行亚微米的位移测量。该光纤编码器读取头可用特别精确和经济的方法组装，且可被设置在1-2毫米数量级尺寸的包装内。

主权项

一种用于测量两部件之间相对位移的装置，该装置包括：具有沿测量轴方向形成的标尺光栅图形的标尺；和光纤读取头装置，可相对标尺光栅图形定位以向标尺光栅图形提供发散源光并提供由该标尺光栅图形衍射的光所产生的可操作干涉照明区，该光纤读取头装置包括：至少一个提供所述发散源光的光源；多个光纤接收器信道，每个光纤接收器信道包括：相应的接收器信道空间相位掩模部分，具有相应的空间相位并且其各挡光元件以用以空间过滤可操作的干涉照明区的光的间距布置，所述相应接收器信道空间相位掩模部分位于用以空间过滤可操作的干涉照明区的光的名义接收器平面上；和至少一个相应的接收器信道光纤，具有接收相应的接收器信道光学信号光的输入端；其中：由该至少一个相应接收器信道光纤接收的相应接收器信道光学信号光包括通过相应的接收器信道空间相位掩模部分在相应光收集区域上收集的光学信号光，该光收集区域沿测量轴方向具有的光收集区域尺寸至少是相应接收器信道空间相位掩模部分的一个全周期；当所述光纤读取头装置相对标尺光栅图形操作定位时：可操作的干涉照明区的光包括包含在沿垂直于所述标尺光栅图形的平面的方向延伸的干涉条纹区中的干涉条纹，所述干涉条纹包括由所述标尺光栅图形衍射的相交的+1和-1第一级标尺光，以及多个光纤接收器信道中的至少第一和第二相应信道利用掩模间距对应于所述干涉条纹的条纹间距的空间相位掩模部分、在名义接收器平面处空间过滤可操作干涉照明区的光的相应部分，以提供具有至少第一和第二相应信号相位的至少第一和第二相应接收器信道光学信号；和所述用于测量两部件之间相对位移的装置沿相应光纤输出所述至少第一和第二相应接收器信道光学信号，从而以多个相应光学输出信号的形式提供相对位移测量信息，所述相应光学输出信号在不利用电子光电检测元件的情况下产生。