CN103411538B - 一种数字式波长编码光学绝对位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，利用入射光斑入射到编码光栅尺上得到的波段编码信号，经解调后转化为数字式的电信号，建立起位移与波长编码的一对一关系。解调系统直接给出数字信号，有利于解调系统的微型化处理，传感器部分及信号的传输部分均为光信号传输，能够抗电磁干扰；根据不同的波长信息，决定信号的有无，不是依靠光信号的强度信息，不存在振动、光纤传输损耗、光源强度波动等产生的信号强弱变化带来的错码问题，相对于目前采用变栅距光栅的波长编码传感器而言，其不需要连续光源，解调部分利用感光面积较大的色敏元件替代了线阵CCD等，提高了响应频率，同时将传感器的高低温适应性提高。

Description

一种数字式波长编码光学绝对位移传感器

技术领域

本发明涉及位移传感器的技术领域，具体涉及一种数字式波长编码光学绝对位移传感器。

背景技术

现有技术1：基于莫尔条纹原理的光栅尺技术（具体文献较多）。该技术对光栅副形成的莫尔条纹进行细分等技术处理，实现位移分辨。基于不同的光栅编码形成绝对位移传感器或增量式位移传感器。该传感器的优点是成熟，分辨率高。缺点是采用光强作为信号传感，同时，虽然光源及信号采集部分采用的是发光二极管及光电二极管，传感器的传输部分仍为电信号。因此，在电磁干扰强的区域，仍然需要对其传输信号线进行电磁屏蔽保护。

现有技术2：(参见Opticalgratingsensorandmethodofmonitoringwithamulti-periodgratingpatentnumber:4985624)采用变栅距光栅作为核心元件，光栅栅距与位移存在一对一的对应关系。采用自准直衍射的方法，衍射回解调系统的光信号波长与在变栅距光栅表面的入射光斑对应的光栅周期呈线性关系。但该系统利用光谱仪等系统进行波长解调，响应频率偏低，且谱仪中的CCD等元件的高低温适应性差。后续R.D.LaClair在文献“LongstrokeopticalfiberlinearpositionsensorforFLASHprogram”中报导，采用了色敏光电三极管作为波长解调元件，解决了响应的问题，但是温度变化带来的噪声仍然很大。

目前采用光栅尺结构的位移传感器中，传感部分是光信号，但传输过程中仍然是电信号，因此仍然易受电磁干扰。波长编码位移传感器中采用的是光传信息，但在解调部分需要采用谱仪结构，系统中需要阵列光敏器件，响应时间较长，且不能适应高低温波动比较大的工作环境。

本发明涉及一种光学编码及光学传输的绝对位移传感器结构，该传感器利用编码光栅尺入射光斑内的光栅编码得到包含波长编码信号的光信号，经光纤传输到解调系统后转化为数字式的电信号，建立起位移与波长编码的一对一关系。目前还未见采用该方法及结构的位移传感器。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的传感器结构，采用波长作为信号进行解调，消除了基于光强变化传感器中光源强度变化及光纤传输损耗的影响。采用了一种新的光栅编码结构，通过对光栅尺的结构设计，直接获取波长编码信号，获取的信号是数字式的，容易建立对应关系。采用了较大感光面积的光敏元件结构，响应快，能够满足电磁场强、温度变化剧烈等恶劣条件。

本发明采用的技术方案是一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，包括：宽带光源或为含多个波长λ1，λ2，λ3，λ4，…的光源组合，光源导入光纤，准直系统，光阑，光栅尺，接收光纤，准直透镜，衍射光栅，准直透镜和光敏元件阵列组；宽带光源或为含多个波段λ1，λ2，λ3，λ4，…的光源组合的入射光经光源导入光纤传送到准直系统中，准直后光束经过光阑滤光后入射到光栅尺上，衍射光束经准直系统被接收光纤接收，经接收光纤传送到解调系统中，接收光纤出射光经解调系统中准直透镜后的光束经衍射光栅色散后，再次经准直透镜聚焦于光敏元件阵列组；光敏元件阵列组得到的数字电信号通过编码库识别光栅尺上入射光照射部分光栅图形的信息，而该光栅图形组合是与位移关系一一对应的，从而通过编码的解码能够完成位移测试；

该传感器采用不同线密度光栅单元组合编码，设计光栅尺的结构。具有多波段的光源入射到光栅尺上时，自准直衍射回探测器中的光信号中包含有入射光照射在光栅尺上区域的编码信息，通过波长解调能得到位移信息。

入射光斑内的光栅线密度与衍射光波长的关系满足：

k*n*λ＝sinθ_i+sinθ_o

n为光栅的线密度，k为整数，λ为衍射光波长，θ_i为入射光束与光栅尺法线的夹角，θ_o为光纤接收光束与光栅尺法线的夹角。

入射光纤及接收光纤相对于准直系统的位置固定，因此θ_i与θ_o固定，光栅的线密度与衍射波长满足倒数关系。

入射光斑沿光栅线条方向的尺寸大于光栅尺各区沿光栅线条方向的长度之和，沿光栅尺长度方向的尺寸大于3～4个光栅单元，具体的尺寸根据光敏元件的数量、光栅单元的长度进行调整，光斑照射范围内的光栅单元中，光栅的线密度为ni时，通过接收光纤传入到解调系统中的光信号中含有波长为λi的波长信号；该光信号经过色散元件色散后，各个波长聚焦于不同的色敏元件。当光信号中包含波长λi时，对应的光敏元件给出电信号1，当不存在对应波长时，对应的光敏元件给出的信号为0，将多组光敏元件给出信号编码组合；如4位光敏元件组合时，信号组合为1011时，表明信号中存在波长：λ1、λ3、λ4，入射光斑照射区域内的光栅尺上存在光栅线密度为n1、n3、n4，由于光栅尺上的光栅编码的组合方式是通过优化设计的，编码组合与位移是一一对应的，因此该信号能够给出入射光斑照射在光栅尺的位置；移动光栅尺与入射光斑的相对位置，解调系统给出不同的编码组合，通过编码给出光栅尺绝对位移。

该传感器采用感光面积较大的色敏元件，提高灵敏度。采用的是波长编码方式，不依赖于光强的变化，因此光源的强度变化、光纤传输造成的光强损失不会对位移的计算造成影响；同时编码数是光栅组合与光栅尺的分区数之积，同时采用的多组光栅组合，光栅线密度相差较大，温度及振动造成的波长变化远小于每组色敏元件的带宽范围，因此对温度有更好的适应性。

进一步的，所述的光栅尺分为多个单元，每个单元的长度按照光栅尺为50～300μm。

进一步的，所述的光栅尺可以为平面直线型；也可以为柱面编码光栅尺，作为角度传感器的光栅编码尺进行角位移传感。

进一步的，所述的光栅尺宽度为8mm，分4个区，沿光栅尺移动方向光栅单元长度为200μm，沿光栅线条方向宽度为2mm，4个区的光栅单元进行错位，错位量为50μm。

进一步的，所述的光栅尺宽度为6mm，分3个区，沿光栅尺移动方向光栅单元长度为300μm，沿光栅线条方向宽度为2mm，3个区的光栅单元进行错位，错位量为100μm。

进一步的，所述的光栅尺宽度为6mm，分4个区，沿光栅尺移动方向光栅单元长度为100μm，沿光栅线条方向宽度为1.5mm，4个区的光栅单元进行错位，错位量为25μm。

本发明的优点和积极效果

1、本发明采用了编码光栅尺结构，能够直接将位移信号转化为数字信号，存在一对一的对应关系，因此方便于数据处理，且直接得到绝对的位移信号。

2、本发明采用编码结构，每个分区对应的解调部分只有4-8个光敏元件，每个色敏元件对应的波段宽度为10～20nm，相邻色敏元件对应的波段偏差约30～70nm，当温度变化时，只要温度造成的系统变形等问题带来的波长漂移不超过色敏元件对应的带宽的一半，不会造成信号的丢失，因此解调部分能够承受的温度变化水平取决于目前电子元器件的温度特性。

3、本发明解调系统直接给出数字信号，有利于解调系统的微型化处理。

4、本发明传感器部分及信号的传输部分均为光信号传输，能够抗电磁干扰。

5、本发明根据不同的波长信息，决定信号的有无，不是依靠光信号的强度信息，因此不存在振动、光纤传输损耗、光源强度波动等产生的信号强弱变化带来的错码问题。

6、本发明相对于目前采用变栅距光栅的波长编码传感器而言，其不需要连续光源，在光源上简单化；解调部分不需要线阵CCD等，而采用受光面积更大的色敏元件(如光电二极管，光电三极管等)，提高了响应频率；简化了解调系统，同时提高了传感器的高低温适应性。

附图说明

图1为本发明绝对位移传感器的系统结构示意图，1为宽带光源或为含多个波段λ1，λ2，λ3，λ4，…的光源组合，2为光源导入光纤，3为传感部分的准直系统，4为光阑，5为编码光栅尺，6为接收光纤，7为解调系统的准直透镜1，8为衍射光栅，9为解调系统的准直透镜2，10为光敏元件阵列组；

图2为本发明光栅尺结构示意图；

图3为高分辨“三分”光栅结构示意图；

图4为本发明针对高分辨“三分”光栅结构的准直透镜系统示意图；

图5为高分辨“三分”光谱解调部分结构示意图。6a,6b,6c为三根接收光纤，7a,7b,7c分别为解调系统准直透镜组1中的三个透镜，8a,8b,8c为衍射光栅组，9a,9b,9c分别为解调系统准直透镜组2，10a,10b,10c为光敏元件阵列组；

图6为本发明实施例1中含有4组不同光栅单元的光栅尺编码示意图；

图7为本发明实施例2中的高分辨“三分”光栅结构示意图，含有4组不同光栅单元的光栅尺编码示意图；

图8为本发明针对角位移传感器设计的柱面光栅尺结构示意图。11为柱面基底，12为贴于柱面基底的柔性光栅编码尺。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例进一步说明本发明。

本发明是一种新的光学编码绝对位移传感器，采用不同线密度光栅组合编码，设计光栅尺的结构，具有多波段的光源入射到光栅尺上时，自准直衍射回探测器中的光信号中包含有入射光照射在光栅尺上区域的编码信息，通过波长解调能得到位移信息。

入射光斑的尺寸受到限制，当解调部分分为四个波段解调时，入射光斑内的光栅单元数设为3，入射光斑内的光栅线密度与衍射光波长的关系满足：

k*n*λ＝sinθ_i+sinθ_o(1)

n为光栅的线密度，k为整数，λ为衍射光波长，θ_i为入射光束与光栅法线的夹角，θ_o为光纤接收光束与光栅尺法线的夹角。

入射光纤及接收光纤相对于准直系统的位置固定，因此θ_i与θ_o固定。光栅的线密度与衍射波长满足倒数关系。

入射光斑沿光栅线条方向的尺寸大于光栅尺各区沿光栅线条方向的长度之和，沿光栅尺长度方向的尺寸大于3～4个光栅单元，具体的尺寸根据光敏元件的数量、光栅单元的长度进行调整，光斑照射范围内的光栅单元中，光栅的线密度为ni时，通过接收光纤传入到解调系统中的光信号中含有波长为λi的波长信号；该光信号经过色散元件色散后，各个波长聚焦于不同的色敏元件。当光信号中包含波长λi时，对应的光敏元件给出电信号1，当不存在对应波长时，对应的光敏元件给出的信号为0，将多组光敏元件给出信号编码组合；如4位光敏元件组合时，信号组合为1011时，表明信号中存在波长：λ1、λ3、λ4，入射光斑照射区域内的光栅尺上存在光栅线密度为n1、n3、n4，由于光栅尺上的光栅编码的组合方式是通过优化设计的，编码组合与位移是一一对应的，因此该信号能够给出入射光斑照射在光栅尺的位置；移动光栅尺与入射光斑的相对位置，解调系统给出不同的编码组合，通过编码给出光栅尺绝对位移。

该结构可采用感光面积较大的色敏元件，提高灵敏度。采用的是波长编码方式，不依赖于光强的变化，因此光源的强度变化、光纤传输造成的光强损失不会对位移的计算造成影响。同时编码数是光栅组合与光栅尺的分区数之积，如光栅尺分为“三区”，每区四组光栅组合时，即可实现12位分辨。同时采用的多组光栅组合，光栅线密度相差较大，温度及振动造成的波长变化远小于每组色敏元件的带宽范围，因此对温度有更好的适应性。

系统结构：

图1位移传感器的系统结构示意图，宽带光源1（或为含多个波段λ1，λ2，λ3，λ4，…的光源组合）的入射光经光源导入光纤2传送到准直系统3中，准直后光束经过光阑4滤光后入射到光栅尺5上。衍射光束经准直系统3被接收光纤6接收，经接收光纤6传送到解调系统7中，解调系统7中光束经光栅8色散后被光敏元件阵列10接收。光敏元件阵列10得到的数字电信号通过编码库识别光栅尺上入射光照射部分光栅图形的信息，而该光栅图形组合是与位移关系一一对应的，从而通过编码库对编码的解码能够完成位移测试。

图2光栅尺结构示意图，光栅尺分为多个单元，每个单元的长度按照光栅尺的设计要求，有一定的长度，一般为100～300μm，每个单元中含有一定线密度的等间距光栅，光栅尺上一共含有的光栅参数有4～8组，具体组数由传感器的分辨率决定。光栅的线密度(n1,n2,n3,n4…)与入射光源波长信息相匹配，他们之间的关系满足：n1*λ1=n2*λ2=n3*λ3=n4*λ4=…，编码的组合满足编码格雷码设计关系；

图3高分辨的“三分”光栅结构示意图，采用沿光栅线条方向分区，相邻区之间的错位量为分区数的倒数与单元的长度的积。采用该结构能够在不改变光栅最小单元尺寸的前提下将分辨率进一步的提高；

图4高分辨“三分”光栅尺位移传感器的准直头结构示意图，准直系统由4个焦距相同的小透镜组成，3i为入射光纤的准直透镜，3a,3b,3c分别是针对三分光栅尺三个区接收光纤的聚焦透镜，它们的焦平面分别放置一根光纤接收衍射光栅尺各区自准直衍射回来的光；

图5针对高分辨“三分”光栅尺的光谱解调部分原理图，光谱解调系统中采用光敏元件阵列对光谱进行分区解调。光栅尺每个区的接收信号通过一根光纤传入解调系统，解调系统通过准直、衍射分光元件（光栅）、准直系统后，聚焦于多个光敏元件上。当有对应波长信号时，对应的光敏元件给出电信号；

图6含有4组不同光栅单元的光栅尺编码示意图，图中给出了位移在0.1mm和0.8mm处光阑的位置示意图；

图7高分辨结构的“三分”光栅尺的结构示意图，图中给出了位移在0.2mm和2.3mm处光阑的位置示意图；

图8柱面光栅尺的结构示意图。其编码原理和工作原理与平面直线型光栅尺相同，将光栅尺制作于柱面的内表面或外表面。柱面转动时，通过编码的变化对角位移进行测量。11为柱面基底，12为贴于柱面基底的柔性光栅编码尺。

表1为图6所示的含有四组不同光栅单元光栅尺的编码与位移的关系。

表2为图7所示的“三分”光栅尺的部分编码与位移的关系表。

实施例1：

以四位数字编码光栅尺为例，光栅单元尺寸为100μm×1.5mm（沿光栅线条方向为1.5mm），光栅尺宽度为1.5mm，光栅尺的结构见图6所示，解调系统的编码组合与位移的关系如表1所示。

光阑尺寸为0.3mm×2mm,光栅尺的四组光栅分别为1200lines/mm(n4)、1071lines/mm(n3)、968lines/mm(n2)、882lines/mm(n1)，四组光栅的自准直衍射波长分别为：500nm、560nm、620nm和680nm。光源为卤钨灯光源，带宽为400-1000nm，经导入光纤2传输后经准直透镜3准直，经过光阑4后入射到光栅尺5上，入射角为17.46°，衍射光再次经光阑4，准直透镜3聚焦于接收光纤6，经解调系统的准直透镜7变为平行光束被光栅8色散后，经准直透镜9后聚焦于色敏元件阵列10.色敏元件阵列10由四个色敏元件组成，空间位置分别对应于波长为500nm、560nm、620nm和680nm光束的焦点位置。如图6所示，当入射光处于0.1mm处时，入射光经过光阑后投射到光栅尺的位置处有一组光栅，线密度为882lines/mm,如图1所示的传感器结构，只有波长680nm波长的光满足方程(1)，因此接收系统中色敏元件阵列10中处于680nm光束焦点处的色敏元件给出电信号。其余未有光束照射到色敏元件，因此无电信号，由后续电路系统处理得到编码为0001，根据数据已设计好的编码与位移的关系表1，可知位移为0.1mm，同理，可以推出光斑在0.8mm处时，得到信号为0101，根据编码关系表1，可知位移为0.8mm。其余编码与位移的关系均可根据相似的方法推导。

表1

实施例2：

以“三分”四位数字编码光栅尺为例，光栅尺分为三个区，每个区的光栅单元尺寸为300μm×2mm，光栅尺宽度为6mm，均匀分为三个区，每个区的宽度为2mm，光阑也分为三个区，光栅尺的结构见图7所示。三个区的光栅单元之间的编码错位量均100μm，即如图7所示：C区、B区、A区的光栅分别在0.1mm、0.2mm、0.3mm处出现编码。解调系统的编码组合与位移的关系如表2所示。

表2

光阑尺寸为0.9mm×7mm,分为三个区，如图7所示A,B，C三区，A区，C区的尺寸为0.9mm×2.5mm，B区的尺寸为0.9mm×2mm，光阑分区与光栅尺分区严格对应。光栅尺的四组光栅分别为1200lines/mm(n4)、1071lines/mm(n3)、968lines/mm(n2)、882lines/mm(n1)，四组光栅的自准直衍射波长分别为：500nm、560nm、620nm和680nm。光源为卤钨灯光源，带宽为400-1000nm，经导入光纤2传输后经准直透镜组3（图4所示结构）准直，经过光阑4后入射到光栅尺5（图7所示）上，入射角为17.46°，衍射光再次经光阑4，准直透镜组3的3a、3b、3c分别聚焦被接收光纤6a、6b、6c（图5所示）接收，经解调系统的准直透镜组7a、7b、7c变为平行光束被光栅8a、8b、8c色散后，经准直透镜组9a、9b、9c后聚焦于色敏元件阵列10a、10b、10c（图5所示）.解调系统中每种元件分为三组，分别对光栅尺不同区衍射回的信号进行处理，解调系统结构图见图5所示。解调系统可以认为是三组解调系统的并联结构，且三组之间由挡光板分开，防止干扰光造成信号干扰。色敏元件阵列10由三组色敏元件，每组4个色敏元件组成，空间位置分别对应于波长为500nm、560nm、620nm和680nm光束的焦点位置。当光阑如图7所示，入射光处于0.2mm处时，入射光经过光阑后投射到光栅尺的位置处有一组光栅，线密度为882lines/mm,如图1所示的传感器结构，只有波长680nm波长的光满足方程(1)，因此接收系统中色敏元件10中处于680nm光束焦点处的色敏元件中B区给出信号，C区给出信号，A区无光栅，因此无光束照射到色敏元件，因此无信号，由后续电路系统处理得到编码为0000（A）0001（B）0001（C），根据数据已设计好的编码与位移的关系表2，可知位移为0.2mm，同理，可以推出光斑在2.3mm处时，得到信号为1000(A)1001(B)1001(C)，根据编码关系表2，可知位移为2.3mm。其余编码与位移的关系均可根据相似的方法推导。由于相邻区的错位量为100μm，因此光阑移动100μm时，总有一个区的编码发生变化，从而实现位移的识别；但若光阑移动量小于100μm，则可能不足以引起信号编码的改变，从而无法识别位移，也就是说该“三分”四位数字编码光栅尺的分辨率为100μm。

实施例3

光栅尺宽度为8mm，分4个区，每个区的光栅单元尺寸为200μm×2mm（沿光栅线条方向为2mm），4个区的光栅单元进行错位，错位量为50μm。光栅尺中一共含有四组不同光栅线密度，分别为1250lines/mm、1091lines/mm、967.7lines/mm、870lines/mm。光栅的闪耀角为17.5°，入射光中包含以480，550，620，690nm为中心波长，半高宽均大于10nm的四组光源的组合光源。光源的传入部分用一根400μm的光纤导入，接收部分用4根光纤分别对应光栅尺4个区域。入射光经传输光纤后，经准直透镜（焦距为9mm，口径为6mm）变为平行光，透镜后加光阑，光阑尺寸为6mm(沿光栅线条方向)×0.6mm（沿光栅尺移动方向），入射到光栅尺上。

该结构与实施例2中的结构相同，不同的是分区由3个变为4个，因此接收系统中有4根光纤进行接收，接收透镜及相应的解调系统中均由实施例2中的3组变为4组并联。解调原理与实施例2中相同。分辨率为50μm。

实施例4

光栅尺宽度为6mm，分4个区，光栅单元长度为100μm（沿光栅尺移动方向），宽度为1.5mm（沿光栅线条方向），4个区的光栅单元进行错位，错位量为25μm。光栅尺中一共含有6组不同光栅线密度，分别为1395lines/mm、1250lines/mm、1132lines/mm、1034lines/mm、952lines/mm、882lines/mm。光栅的闪耀角为17.5°，入射光中包含以430nm，480nm，530nm，580nm，630nm，680nm为中心波长，半高宽大于10nm的光源信号。光源的传入部分用一根600μm的光纤导入，接收部分用4根光纤分别对应4个区域。入射光经传输光纤后，经准直透镜（焦距为9mm，口径为6mm）变为平行光，透镜后加光阑，光阑尺寸为6mm(沿光栅线条方向)×0.3mm（沿光栅尺移动方向），经光阑后入射到光栅尺上。

接收系统结构和解调原理与实施例3相同。不同的是采用的中心线密度不同，因此色敏元件阵列中色敏元件的解调波长根据栅线密度进行了调整。如当入射光斑内存在光栅1395lines/mm光栅时，在解调系统中对应430nm处的光敏元件给出电信号。对24个色敏元件的电信号进行采集，并进入采集系统进行编码，对应出光栅尺上的光栅编码信息。从而对位移进行解调。光栅尺的长度为150mm，依靠光栅编码的分辨率为25μm。

光栅尺的编码设计根据格雷码设计原则，制作方法：激光直写编码的大图形，而后利用全息法在每一个编码区域内制作各种线密度的光栅。光栅的线密度与光源的波长相对应，精度范围在1～5线/mm以内。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，其特征在于，包括：宽带光源(1)或为含多个波长λ1，λ2，λ3，λ4，…的光源组合，光源导入光纤(2)，准直系统(3)，光阑(4)，光栅尺(5)，接收光纤(6)，第一准直透镜(7)，衍射光栅(8)，第二准直透镜(9)和光敏元件阵列组(10)；宽带光源(1)或为含多个波段λ1，λ2，λ3，λ4，…的光源组合的入射光经光源导入光纤(2)传送到准直系统(3)中，准直后光束经过光阑(4)滤光后入射到光栅尺(5)上；衍射光束经准直系统(3)被接收光纤(6)接收，经接收光纤(6)传送到解调系统中，接收光纤(6)的出射光经解调系统中第一准直透镜(7)后的光束经衍射光栅(8)色散后，再次经第二准直透镜(9)聚焦于光敏元件阵列组(10)；光敏元件阵列组(10)得到的数字电信号通过编码库建立编码与光栅尺(5)上入射光照射部分光栅图形的信息，而该光栅图形组合是与位移关系一一对应的，从而通过编码的解码能够完成位移测试；

该传感器采用不同线密度光栅单元组合编码，设计光栅尺的结构，具有多波段的光源入射到光栅尺上时，自准直衍射回探测器中的光信号中包含有入射光照射在光栅尺上区域的编码信息，通过波长解调能得到位移信息；

入射光斑内的光栅线密度与衍射光波长的关系满足：

k*n*λ＝sinθ_i+sinθ_o

n为光栅的线密度，k为整数，λ为衍射光波长，θ_i为入射光束与光栅尺法线的夹角，θ_o为光纤接收光束与光栅尺法线的夹角；

入射光纤及接收光纤相对于准直系统的位置固定，因此θ_i与θ_o固定，光栅的线密度与衍射波长满足倒数关系；

入射光斑沿光栅线条方向的尺寸大于光栅尺各区沿光栅线条方向的长度之和，沿光栅尺长度方向的尺寸大于3～4个光栅单元，具体的尺寸根据光敏元件的数量、光栅单元的长度进行调整，光斑照射范围内的光栅单元中，如果其中有光栅单元的线密度为ni，则通过接收光纤传入到解调系统中的光信号中含有波长为λi的波长信号；该光信号经过色散元件色散后，各个波长聚焦于不同的色敏元件；当光信号中包含波长λi时，对应的光敏元件给出电信号1，当不包含波长为λi时，对应的光敏元件给出的信号为0，将多组光敏元件给出信号编码组合；如4位光敏元件组合时，信号组合为1011时，表明信号中存在波长：λ1、λ3、λ4，入射光斑照射区域内的光栅尺上存在光栅线密度为n1、n3、n4，光栅尺上的光栅编码的组合方式是通过优化设计的，不同的组合对应不同的位移；通过该信号能够给出入射光斑照射在光栅尺的位置；改变光栅尺与入射光斑的相对位置，解调系统给出不同的编码组合，通过编码与位移的关系表给出光栅尺绝对位移；

该传感器采用感光面积较大的色敏元件，提高灵敏度；采用的是波长编码方式，不依赖于光强的变化，因此光源的强度变化、光纤传输造成的光强损失不会对位移的计算造成影响；同时编码数是光栅组合与光栅尺的分区数之积，同时采用的多组光栅组合，光栅线密度相差较大，温度及振动造成的波长变化远小于每组色敏元件的带宽范围，因此对温度有更好的适应性。

2.根据权利要求1所述的一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，其特征在于，所述的光栅尺(5)分为多个单元，每个单元的长度按照光栅尺为100～300μm。

3.根据权利要求1所述的一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，其特征在于光栅尺(5)分为多个光栅单元，每个光栅单元的线密度为光栅尺设计的4～8组线密度中的一种，光栅单元的排列按照光栅尺的编码整体设计要求进行排布。

4.根据权利要求1所述的一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，其特征在于，所述的光栅尺(5)作为直线位移传感器的光栅编码尺，可以为平面直线型；也可以为柱面编码光栅尺，作为角度传感器的光栅编码尺进行角位移传感。

5.根据权利要求1所述的一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，其特征在于，所述的光栅尺(5)宽度为8mm，分4个区，沿光栅尺移动方向光栅单元长度为200μm，沿光栅线条方向宽度为2mm，4个区的光栅单元进行错位，错位量为50μm。

6.根据权利要求1所述的一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，其特征在于，所述的光栅尺(5)宽度为6mm，分3个区，沿光栅尺移动方向光栅单元长度为300μm，沿光栅线条方向宽度为2mm，三个区的光栅单元进行错位，错位量为100μm。

7.根据权利要求1所述的一种数字式波长编码光学绝对位移传感器，其特征在于，所述的光栅尺(5)宽度为6mm，分4个区，沿光栅尺移动方向光栅单元长度为100μm，沿光栅线条方向宽度为1.5mm，4个区的光栅单元进行错位，错位量为25μm。