关于光学的应用很多，传感器在我们的日常生活中也经常使用。今天我们就来详细讲解一下光学传感器的原理。里面有很多干货。请收藏!
光栅传感器
光栅传感器是指选择光栅叠栅图案原理来测量位移的传感器。
光栅是由大量等宽平行狭缝组成的光学器件。常用的光栅是用大量的平行刻痕刻在玻璃片上制成的，刻痕是不透明的部分，两个刻痕之间的光滑部分可以透明，相当于一个狭窄的缝隙。精制光栅在1厘米的总宽度内刻有数千甚至数万个刻痕。
这种透射光衍射的光栅称为散射光栅，以及两刻之间折射光衍射的光栅。比如镀金属层表面刻有很多平行刻痕，两刻之间光滑的金属表面可以折射光，变成反射光栅。光栅形成的叠栅图案具有光学放大和偏差平均效应，可以提高测量精度。
光栅传感器由四部分组成:标尺光栅、指示光栅、光路系统和检测系统。与指示光栅移动相比，标尺光栅大致按照正弦规则分布了明暗相间的叠网图案。
这些图案以光栅的相对运动速度移动，直接照射到光电元件上，在其输出端获得一串电脉冲，模拟信号导出通过放大、整形、识别和计数系统直接显示被测位移。
光栅传感器的结构和工作原理：
光栅传感器的结构主要由灯源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件等组成。
1、灯源:钨丝灯泡功率小。与光电元件组合使用时，转换效率低，使用寿命短。砷化邈发光二极管等半导体发光器件可以在范围内工作。发光的峰值波长接近硅光敏三极管的峰值波长。因此，它具有很高的转换效率和快速的响应速度。
2、光栅支付:由相同距离的主光栅和指示光栅组成。主光栅和指示光栅重叠，但不完全重叠。为了获得莫尔条纹，两条栅线之间会错开一个小角落。一般主光栅是活动的，可以单独移动，也可以随着被测物体移动，长度取决于检测范围。指示光栅与光电设备相比固定。
3、通光孔:通光孔是发光物和受光体的通道，一般为条形，其长度由受光体的排列长度决定，总宽度由受光体的大小决定。这是贴在指示光栅板上的。
4、照明元件:照明元件用于感知主光栅在移动时产生的莫尔条纹移动，然后测量位移量。在选择光敏元件时，应考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性和体积。
将主光栅与标尺光栅重叠放置，两者之间保持很小的间隙，使两个光栅的刻线之间有一个微小的交角。θ，如图所示。
如果有灯源直射，由于遮光效果(对刻线密度)≤50条/mm光栅)或光的衍射作用(对刻线密度≥100条/mm光栅)，与光栅刻线大致垂直方向产生明暗相间的图案。
在两个光栅的刻线重叠处，光通过间隙产生亮带;在两个光栅刻线错开的区域产生暗带;这些明暗图案被称为莫尔条纹。
莫尔条纹的间距与栅距W和两光栅刻线的交角。θ(单位为rad)之间的关系如下：
(K称为放大倍数)。
在指示光栅不动时，主光栅刻线与指示光栅刻线之间始终保持交角。θ，当主光栅沿着刻线的垂直方向相对移动时，莫尔条纹会沿着光栅的刻线方向移动;光栅反向移动，莫尔条纹也反向移动。
主光栅每移动一个栅距W，莫尔条纹也移动一个间隔S。因此，光栅的移动大小和方向可以通过测量莫尔条纹的移动来测量，这比直接测量光栅容易得多。
莫尔条纹移动条纹间距，当主光栅沿垂直于刻线方向移动一个栅距W时。当两个光栅刻线交角时。θ小时，从上面的公式可以看出，W是定时的，θ越小，B越大，相当于把网距W放大1。/θ倍数。所以，莫尔条纹的放大倍数相当大，可以实现高灵敏度的位移测量。
莫尔条纹是由光栅的许多刻线组成的，对刻线偏差有平均效应。它可以在一定程度上去除刻线偏差造成的局部和短周期偏差，可以达到比光栅本身更高的刻线精度测量精度。因此，测量光栅特别适用于小位移和高精度位移测量。
光栅传感器的特点
1、精度高。
光栅传感器在测量长度或直线位移方面仅低于激光干扰传感器。在连续测量圆分度和角速度方面，光栅传感器的精度最高;
2、大量程度测量兼具高分辨率。
感应式同步器和磁栅式传感器也具有大量程度检测的特点，但是分辨率和精度都不如光栅式传感器;
3、可以实现动态测量，实现测量和数据处理的自动化;
4、它具有很强的抗干扰能力，对自然条件的需求不像激光干扰传感器那样严格，但不像感应同步器和磁栅传感器那样适应性强，油渍和灰尘会影响其可靠性。主要用于实验室和环境较好的车间。
光栅传感器的类型：
光栅主要分为两类：一类是Bragg光栅(也称为反射或短周期光栅);第二，散射光栅(又称长周期光栅)。
在结构上，光纤光栅可以分为周期性结构和非周期性结构，在功能上也可以分为滤波光栅和色散补偿光栅，色散补偿光栅是非周期性光栅，又称Chirp光栅。
光栅传感器光纤Bragg光栅
光纤光栅是由光纤中的光敏制成的。所谓光纤中的光敏性，是指激光通过混合光纤时，沿着纤芯轴向产生折射率的周期性变化，最终形成永久空间的相位，光纤光栅的折射率会随着光强的空间布局而相应变化。然而，在纤芯中产生空间相位光栅的本质是在纤芯中形成窄带(散射或反射)滤波器或反射镜。
当一束宽光谱光通过光纤光栅时，符合光纤光栅布拉格要求的波长会反射出来，其余的波长会通过光纤光栅继续向前传输。利用这一特性，可以制造出许多独特的光纤设备。
唧唧光纤光栅传感器：
它的工作原理与光纤Bragg光栅传感器基本一致，在外部物理量的影响下，除了△λB除了变化之外，还会引起光谱的扩展。
这种传感器在应变和温度都存在的地方非常有用。由于应变的影响，反射信号的扩大和峰值波长的位移引起了反射信号，而温度的变化是由折射温度的依赖引起的。(dn/dT)，只有重心的位置受到影响。应变和温度可以通过同时测量光谱位移和扩展来同时测量。
长期光纤光栅传感器：
长期光纤光栅(LPG)一般认为有几百个周期。μm，LPG将纤芯的光耦合在特定波长的包层中：λi=(n0-niclad)?Λ。式中，n0为纤芯折光率，niclad为i阶轴对称包层模具的有效折光率。由于包层中的包层，/由于空气界面的消耗而迅速衰减，留下一串消耗带。
一个单独的LPG在非常宽的波长范围内可能会产生很多共振，LPG共振中心的波长主要取决于芯和包层的折射率差。通过检测，由应变、温度或外界折射率变化引起的任何变化都可以在共振中获得较大的波长位移。△λi，可以获得外部物理量变化的信息。LPG通常情况下，给定波长上的共振带的响应范围不同，LPG适用于多参数传感器。
红外传感器
到目前为止，红外技术已经为大家所熟知，它已经广泛应用于现代科技、国防和工农业领域。红外传感系统是一种以红外为介质的检测系统，根据其功能可分为五类：
(1)用于辐射和光谱测量的辐射计;
(2)搜索跟踪系统，用于搜索和跟踪红外线目标，确认其空间坐标并跟踪其运动;
(3)热成像系统，可以产生整个目标红外辐射的分布图像;
(4)红外线测距和通信系统;
(5)混合系统，是指上述两个或两个以上系统的组合。
先了解一下红外光。
红外光是太阳光谱的一部分，其最大特点是具有光热效应。
