光栅尺磁栅尺及感应同步位移测量
光栅尺位移传感器原理
光栅尺位移传感器原理
光栅尺位移传感器是一种常用的测量设备，其工作原理基于光的干涉原理。
该传感器由一对平行的光栅组成，一个光栅作为参考，另一个光栅与被测物体相连，用于测量物体的位移。
当光经过两个光栅之间的空隙时，光波会发生干涉。
依据干涉原理，当两束波长相同、频率相同的光线相遇时，它们会相互干涉产生干涉条纹。
根据干涉条纹的间距变化，可以推测出物体的位移。
当物体发生位移时，连接在物体上的光栅也会随之移动。
这会导致光栅间的间距发生变化，从而改变干涉条纹的间距。
传感器通过检测干涉条纹的间距变化，可以准确测量物体的位移。
为了检测干涉条纹的变化，传感器通常使用光电检测器来接收通过光栅传递的光信号，并将其转换为电信号。
经过放大和处理后，电信号可以被转化为数字信号，从而实现对位移的测量。
光栅尺位移传感器具有高精度、高分辨率和良好的稳定性等优点，因此在许多领域中得到广泛应用。
例如，它常用于机械加工、自动化控制、精密测量等领域，用于准确测量物体的位移和运动状态。
德国SIKO 量测模组,磁栅尺,磁性尺技术参数
● 磁性尺测量系统专为线性位移测量而设计.
● 经济，效率特别适用于长距离的测量.
● 特别适用于如油污，切削屑，震动等恶劣环境
* 依应用性质不同可定义出两个不同的系统
磁性尺测量系统：使用于线性位移测量并于显示器显示测量值
磁性编码器：使用于线性位移பைடு நூலகம்量并将位移量转换为对应的脉波数输出给PLC或控制器
测量范围50mm-3000mm
测量准确度±6um/m~±10/m
测量基准：光栅周期20um的光学玻璃尺
光学测量系统：透射式红外线光测量系统，红外线波长880nm
反应速度：60m/min(0.005mm),25m/min(0.001mm)
读数头滑动系统：垂直式五轴承
输出讯号：TTL/EIA-422-A,讯号传达周期：20um,供电电压：DC5±5%
尺带长度：Max 32M
磁 间 距：2+2mm、1+1mm
产品优点
●非接触式测量，无背隙问题
●高抗污染能力
●安装简易，安装允许误差大
●价格便宜
主要市场
金属加工设备 建材机械 木工机械 测量机 精密平台
【 磁性尺量测模组 】
——德国SIKO 量测模组，磁栅尺，磁性尺，磁尺，磁条，磁头，磁环，磁性显示器，电子显示器，位置指示器，计数器，手轮，重垂表，拉绳编码器，磁性编码器，电位编码器
电话0631-5997499 传真 0631-3631966 QQ815488790 邮箱whsfrf@
德国SIKO磁栅尺读头
分辨率：0.025、0.01、0.005、0.001、0.0005mm
输出 ：正交差动方波
线长 ：8米
光栅尺、球栅尺、磁栅尺、优缺点对比
光栅尺、球栅尺、磁栅尺优缺点比较机床直线编码器（机床数显）用做机床位移测量大意分为三种：光栅尺、球栅尺、磁栅尺、下面我们详细了解这三种数显*结构*精度对比*产品优点*缺点，方便大家了解三种数显。
一、从每种产品外观结构：1、光栅尺：基于光学玻璃刻线为测量基准，把光学玻璃安装到铝合金的尺身里面和读数头等配件组成光栅尺，铝合金半密封设计，如下图：2、球栅尺：基于球细分为测量基准，由合金的尺身和读数头等配件组成球栅尺，全密封设计，如下图：3、磁栅尺：基于磁带刻线（刻录位置）原理，磁性材料组成尺身和读数头等配件组成磁栅尺，开放式或半密封设计，如图下：从外观结构上：较好是球栅尺是全封闭，合金尺身硬度高，坚固耐用。
第二是光栅尺半封闭，光学玻璃测量基准，铝合金尺身，坚固度一般，第三是磁栅尺半封闭和开放式，采用3m胶粘贴，可选铝合金底座，坚固度差。
二、精度对比：下面我们以杭州德普光栅尺、球栅尺、磁栅尺，统一是分辨率0.005mm的尺为测试对像，对产品定位精度、绝对精度进行测试，试验设备为杭州德普激光测长平台：2、绝对精度：从0点开始到标准长度的误差，叫绝对精度，用3米光栅尺、球栅尺、从定位精度，和绝对精度看你希望选择加工产品能达到的精度来选择你需要的数显产品。
三、三种数显优点、缺点：光栅尺：1、光栅尺：光栅采用光学玻璃为测量基准，所以精度较高，以上试验也验证其精度好。
2、光栅尺采用半密封设计，有一定防水、尘、铁屑能力，使用过程中如水、油、铁屑、等进入会加速光栅尺损坏（可以查看德普在这方面试验的视频）。
3、光栅尺销售价格低，安装可选设备很多，应用广泛。
4、使用寿命：跟据所安装种类机床不同，和使用环境不同整体使用寿命1-5年左右，使用环境好，无水、油、铁屑、震动小使用寿命就长，如机床有油水、铁屑灰尘多震动大设产品寿命就短。
球栅尺：1、球栅尺精度好，适应大部份的机床，以上试验也验证其精度好。
2、球栅尺采用全密封设计，合金尺身，有防水、尘、铁屑、耐震动等特点，不受环影响所以使用寿命长（可以看德普在这方面试验视频）。
光栅尺与磁栅尺的区别【一文搞懂】
下面小编简要说明一下光栅尺与磁栅尺之间的区别，一起来看看吧。
光栅尺：利用光的干涉和衍射原理制作而成的传感器。
当两块栅距相同的光栅叠放在一起，同时让线纹构成一微小角度，这时在平行光照射下，与刻线垂直方向上就能看到对称分布的明暗相间的条纹，称为莫尔条纹，因此莫尔条纹是光的衍射和干涉作用的总效果。
当光栅移动一个小栅距时，莫尔条纹随之移动一个条纹间距，这样，我们测量莫尔条纹的宽度就比测量光栅线纹宽度容易的多。
此外，由于每条莫尔条纹都是由许多光栅线纹的交点组成，当线纹中有一条线纹有误差时（间距不等或倾斜），这条有误差的线纹和另一光栅线纹的交点位置将产生变化。
但是，一条莫尔条纹是由许多光栅线纹交点组成，因此，一个线纹交点位置的变化，对于一条莫尔条纹来讲其影响就非常小了，所以莫尔条纹可以起到放大和平均的作用。
磁栅尺：利用磁极的原理制作而成的传感器。
基尺是被均匀磁化的钢带。
S和N极均匀间隔排列在钢带上，通过读数头读取S，N极的变化来记数。
传统的光栅尺码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性及精度可以达到普通标准、一般要求，但容易碎。
金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。
塑料码盘是经济型的，其成本低，精度和耐高温达不到高要求。
而磁栅尺采用磁电式设计，通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置，利用磁器件代替了传统的码盘，弥补了光电编码器的这一些缺陷，更具抗震、耐腐蚀、耐污染、性能可靠高、结构更简单。
光栅尺以精度见长，量程在长度0---3米范围性价比有明显优势，应用如金属切削机床、线切割、电火花、测量光学投影仪等等。
因光栅尺生产工艺的原因，若测量长度超过5米，生产制造将很困难（两块玻璃尺要45°斜角对接以增加长度，用于玻璃尺镀铬机空间有限），价格会很贵。
同等情况下进口光栅对工作环境的要求很高磁栅尺以耐水耐油污耐粉尘耐震动性见长，长度在2米以上性价比优势愈加明显，并且长度越长优势越明显。
光栅尺和磁栅尺概述
光栅尺和磁栅尺概述光栅尺是一种使用光学原理的测量装置。
它的结构通常由一个透明的玻璃或塑料基板上涂有透明的刻痕组成。
刻痕通常是等距的，并沿着基板的方向排列。
光栅尺的原理是利用光的干涉来测量长度。
当光线照射到刻痕上时，由于刻痕所造成的干涉，会形成一系列的明暗条纹。
通过检测这些条纹的变化，可以确定物体的位置或长度。
光栅尺的优点是测量范围广，精度高，可达到亚微米级别。
磁栅尺则是一种利用磁学原理的测量装置。
它由一个磁铁和一个带有磁性标记的带状材料组成。
带状材料上有一系列的磁性标记，这些标记通常是等距的，并沿材料的方向排列。
磁栅尺的原理是通过检测磁场的变化来测量长度。
当磁栅尺移动时，磁铁的磁场会影响到材料上的磁性标记，从而形成一系列的磁场变化。
通过检测这些变化，可以确定物体的位置或移动距离。
磁栅尺的优点是测量范围广，精度高，可达到亚微米级别。
而且，磁栅尺具有防尘、防水等特点。
光栅尺和磁栅尺在工业自动化、机械加工、光学测量等领域有广泛的应用。
它们可以用于机床的位置检测、数控系统的定位、运动的测量等。
在机床加工中，光栅尺和磁栅尺可以用于高精度的位置反馈，从而实现精确的加工。
在光学测量中，光栅尺可以用于测量光学元件的质量、光学仪器的性能等。
另外，光栅尺和磁栅尺可以与计算机等设备连接，实现自动化测量与控制。
总的来说，光栅尺和磁栅尺是两种常见的测量装置，它们都能提供高精度的测量结果，并且在工业自动化、机械加工、光学测量等领域有广泛的应用。
磁栅尺工作原理
磁栅尺工作原理
磁栅尺是一种常用于测量线性位移的传感器。
其工作原理基于磁场感应和光学测量。
磁栅尺由一个固定的铁磁栅格和一个与之平行的标尺组成。
标尺上有一系列等距分布的刻线，通常是通过光刻技术制作的。
每一根刻线上都有一个微小的永磁体，它们的磁性方向沿着标尺的长度方向排列。
栅格则是由一组感应线圈组成，每个线圈都与一个刻线上的永磁体相对应。
当标尺和栅格组合后，当标尺相对于栅格发生位移时，刻线上的永磁体也随之移动。
由于每个永磁体的磁性方向不变，因此，当标尺位移时，每个线圈内的磁通量发生变化。
这个变化的磁通量会感应出一个电压信号，并通过同步解码电路转换成数字信号。
根据标尺上刻线的数量，系统可以精确测量位移的大小。
综上所述，磁栅尺通过测量标尺上的磁通量的变化，实现对线性位移的测量。
其具有测量精度高、稳定性好等优点，广泛应用于各种自动化设备、数控机床、线性电机等领域。
磁栅尺 原理
磁栅尺原理磁栅尺是一种用于测量物体线性位移的设备，它的原理基于磁性和电磁感应。
磁栅尺由两部分组成：一部分是固定在底座上的磁栅，另一部分是固定在测量物体上的读数头。
磁栅尺的磁栅是由一系列磁性带（通常是永磁体带）和非磁性带交替排列而成。
这些磁性带的排列方式形成了一个磁栅的结构，可以产生磁场的周期性变化。
当测量物体沿着磁栅的方向进行位移时，读数头会感应到这种磁场变化。
读数头是一个包含了一对感应线圈的传感器。
感应线圈之间的距离与磁栅的周期性变化相匹配，当磁栅移动时，磁场也会随之变化。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场变化时，感应线圈中就会产生电磁感应，从而产生电流。
读数头通过测量由位移产生的电流来确定位移的大小。
当测量物体位移时，磁栅的磁场变化也会改变感应线圈中生成的电流的大小和方向。
读数头中的电路会测量并处理这些电流信号，然后将其转换为对应的位移数值。
为了提高测量的准确性和精度，磁栅尺通常还会包含一个同步信号参考，用于精确地同步读数头感应电流和位移之间的关系。
同步信号通常由磁栅上的一个磁性区域提供，通过感应线圈来检测此区域而产生。
磁栅尺的测量精度取决于磁栅的分辨率和读数头的灵敏度。
磁栅的分辨率是指磁栅中磁性带和非磁性带的数量，分辨率越高，磁栅尺的测量精度就越高。
读数头的灵敏度和测量精度有关，一般应根据实际需要来选择合适的读数头。
总之，磁栅尺利用磁性和电磁感应原理来测量物体的位移。
通过固定在底座上的磁栅和固定在测量物体上的读数头之间的相互作用，将位移转化为电信号，从而实现对物体位移的精确测量。
磁栅尺广泛应用于机械加工、精密仪器、自动化系统等领域，并取得了很好的效果。
光栅尺分类
光栅尺分类光栅尺是一种常见的线性位移传感器，用于测量物体的位移或位置。
根据其原理和性能，可以将光栅尺分为多种类型。
下面是对几种常见的光栅尺分类及其相关参考内容的介绍。
1. 光电效应光栅尺：光电效应光栅尺是使用光电二极管工作的一种光栅尺。
其原理是基于内置的光栅条纹和光电二极管之间的光电效应。
这种光栅尺通常具有较高的分辨率和较快的响应时间。
相关参考内容可以参考"High-resolution absolute optical encoder with photodiode linear arrays"（S. Higashi等，1982）。
2. 磁性光栅尺：磁性光栅尺是一种使用磁性材料制作的光栅尺。
它通常由一个带有磁性条纹的磁带和一个磁头组成，磁头可以通过磁性条纹上的改变来测量位移。
这种光栅尺具有较高的抗干扰能力和较长的使用寿命。
相关参考内容包括"Magnetic Linear Encoder Design and Implementation"（M. Jiang等，2015）。
3. 容积光栅尺：容积光栅尺是一种通过测量光栅条纹的容积变化来测量位移的光栅尺。
它通常由一个玻璃光栅和一个光电检测器组成。
当物体移动时，光栅条纹的容积会发生变化，从而产生光强改变，进而被光电检测器检测到。
这种光栅尺具有较高的灵敏度和较小的体积。
相关参考内容可以参考"Compact Capacitive Grating Encoder"（A. K. Swan等，2016）。
4. 线性光栅尺：线性光栅尺是一种非接触式的测量设备，它通常由光源、光栅板和光电检测器组成。
当物体移动时，光栅条纹与光源和光电检测器之间的位置关系发生变化，从而测量出位移。
这种光栅尺具有高精度、高分辨率和可靠性好的特点。
相关参考内容包括"Principles of Optical Linear Encoders"（C. T. Baxendale等，1993）。
光栅尺和磁栅尺
拾磁磁头是一种磁电转换装置，用来把磁性标尺上的磁化信号检测 出来变成电信号送给检测电路。根据数控机床的要求，为了在低速运 动和静止时也能进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。磁通响应 型磁头是一个带有可饱和铁心的磁性调制器。它由铁心、两个串联的 励磁绕组和两个串联的拾磁绕组组成，如图4-15所示。
图4-10 透射光栅组成示意图
常见的透射光栅线密度为 50条/毫米、100条/毫米、 200条/毫米。其 缺点是：玻璃易破裂，热胀系数与机床金属部件不一致，影响测量精 度。在金属的镜面上制成全反射与漫反射间隔相等的线纹，称为反射 光栅。
反射光栅的特点：标尺光栅的膨胀系数易做到与机床材料一致；安装
在机床上所需要的面积小，调整也很方便；易于接长或制成整根标尺光
2 光栅尺位移数字变换系统 光栅测量系统的组成示意图如图4-12所示。光栅移动时产生的莫尔 条纹由光电元件接受，然后经过位移数字变换电路形成顺时针方向的 正向脉冲或者反时针方向的反向脉冲，输入可逆计数器。下面将介绍 这种四倍频细分电路的工作原理，并给出其波形图。
图4-12 光栅测量系统组成示意图
图4-13中的a、b、c、d是四块硅光电池，产生的信号在相位上彼此 相差90度，a、b信号是相位相差180度的两个信号，送入差动放大器 放大，得到正弦信号。将信号幅度放大到足够大。
1．磁性标尺
磁性标尺通常采用热膨胀系数与普通钢相同的不导磁材料做基体， 镀上一层 10μm～30μm厚的高导磁性材料，形成均匀磁膜。再用录磁 磁头在尺上记录相等节距的周期性磁化信号，作为测量基准，信号可 为正弦波、方波等。节距通常有 0.05mm、0.1mm、 0.2mm，最后在磁 尺表面还要涂上一层1μm～2μm厚的保护层，以防止磁头与磁尺频繁接 触而引起磁膜磨损。
数字式传感器的工作原理
数字式传感器的工作原理数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。
下面主要以光栅传感器和感应同步器来介绍数字式传感器的工作原理。
1、光栅位移传感器光栅是一种新型的位移检测元件，有圆光栅和直线光栅两种。
它的特点是测量精确高（可达±1um）、响应速度快和量程范围大（一般为1—2m，连接使用可达到10m）等。
光栅由标尺光栅和指示光栅组成，两者的光刻密度相同，但体长相差很多，其结构如图1所示。
光栅条纹密度一般为每毫米25，50，100，250条等。
把指示光栅平行地放在标尺光栅上面，并且使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹，称为莫尔条纹。
它们是沿着与光栅条纹几乎成垂直的方向排列，如图2所示。
图1 光栅测量原理图2 莫尔条纹示意光栅莫尔条纹的特点是起放大作用，用W表示条纹宽度，P表示栅距，表示光栅条纹间的夹角，则有（1）若P＝0.01mm，把莫尔条纹的宽度调成l0mm，则放大倍数相当于1000倍，即利用光的干涉现象把光栅间距放大1 000倍，因而大大减轻了电子线路的负担。
光栅可分透射和反射光栅两种。
透射光栅的线条刻制在透明的光学玻璃上，反射光栅的线条刻制在具有强反射能力的金属板上，一般用不锈钢。
光栅测量系统的基本构成如图3所示。
光栅移动时产生的莫尔条纹明暗信号可以用光电元件接受，图3中的a，b，c，d是四块光电池，产生的信号，相位彼此差900，对这些信号进行适当的处理后，即可变成光栅位移量的测量脉冲。
图3 光栅测量系统2、感应同步器感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。
直线感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。
定尺较长（200mm以上，可根据测量行程的长度选择不同规格长度），上面刻有均匀节距的绕组；滑尺表面刻有两个绕组，即正弦绕组和余弦绕组，见图4。
光栅式位移测量
光栅式位移测量欣欣机械学院摘要光栅是高精度位移测量元件，它与数字信号处理仪表配套，组成位移测量系统，被广泛地应用于数控机床等自动化设备当中。
光栅测量位移的原理主要是利用光栅莫尔条纹原理来实现的.本文主要介绍了光栅的测量位移原理以及几种干涉的测量方法，有助于简单了解光栅式位移测量。
关键词光栅莫尔条纹辨向光栅干涉1 引言随着人们对大量程、高分辨力和高精度的测量要求的不断深化，光栅位移测量技术正在受到越来越广泛的重视。
相比于其它高精度位移测量方法，光栅位移测量在结构、光路、电路和数据处理方面都比较简单、紧凑，整个系统体积小、成本低、易于仪器化、适合于推广应用；同时，它以实物形式提供测量基准，既可以采用低热膨胀系数的石英或零膨胀玻璃等材料作为基体，也可以采用具有和钢等材料非常接近的热膨胀系数的玻璃或金属材料作为基体，稳定可靠，零点漂移极小，对环境条件的要求低，对实验研究及工程应用都非常方便，在位移测量领域具有广阔的发展前景。
传统的光栅测量系统一般是采用接受光栅副的莫尔条纹信号，然后进行电子细分和处理来实现位移量的测量。
但此类基于光强幅度调制的测量系统，为达到信噪比很大的稳定输出，必须使得经莫尔条纹产生的光电输出电压的交变成分幅值尽可能大。
这就要求标光栅和指示光栅之间的距离必须很小且稳定。
中间不能有异物而生产现场环境恶劣，常常会因为污染而使传感器信号变坏，甚至不能工作。
粗光栅位移测量系统继承了传统光栅测量的优点，同时又改进了它的不足。
它采用栅距为0.635mm的反射式粗线纹光栅尺光学系统设计成物方远心光路，取消了指示光栅这种系统中光栅尺不用密封。
传感头与光栅尺之间工作间隙为15mm左右，表面不怕沾有油或水。
同时由于其具有自对准特性加之线纹间距大，因而具有接长方便的特点。
特别适用于需要进行大范围测量和定位的各种大中型数控机床。
2 光栅式位移测量分析2．1光栅测量原理2．1．1光栅的分类和结构光栅种类很多，可分为物理光栅和计量光栅。
位移传感器使用方法【免费下载】
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，位移传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。
那么位移传感器的使用方法大家了解吗？下面小编为大家介绍一下。
位移传感器的使用方法：一般采用给位移传感器加上一个电压，利用其优良的平滑性，来检测输出电压（输出电阻改变输出电压）分压比。
就可以直接不同类别的位移传感器的使用方法也有不同。
直线位移传感器使用方法是根据实际要求在油压机的主缸、液压垫上分别安装Kl下滑板式、KTC拉杆式直线位移传感器。
在一个半自动工作过程中，油压机的主缸、液压垫分别带动两只直线位移传感器移动，将采集到的两点模拟量值输入到FX2N-8AD，FX2N-8AD将此模拟输入数值（此时是电压输入），转换成数字值，并且把他们传输到PLC主单元。
主缸、液压垫选用直线位移传感器的有效测量长度为500mm、400mm。
直线位移传感器在使用时应注意哪些事项呢？首先电子尺是作为分压器使用，以相对电压来显示所测量位置的实际位置。
因此，就对这个装置（电子尺）提出了几点要求：不能接错电子尺的三条线，1#、3#线是电源线，2#是输出线除1#、3#线电源线可以调换外，2#线只能是输出线。
上述线一旦接错，将出现线性误差大，控制精度差，容易显示跳动等现象。
如果出现控制非常困难，就应该怀疑是接错线。
安装对中性要好，角度容许±12°误差，平行度偏差容许±0.5mm，是指某一误差，如果角度误差和平行度误差都偏大，就会导致显示数字跳动。
在这种情况下，一般可以用万用表的电压档测出电压的波动。
一定要作角度和平行度的调整。
请特别注意：在现场将电子尺的铝合金支架更换成不锈钢支架后，同时应将拉杆牵引安装位升高2Mm。
否则，接地问题解决了，又形成了不对中的问题，必须同时解决。
供电电源要有足够的容量，如果电源容量太小，容易发生如下情况：合模运动会导致射胶电子尺显示跳动，或熔胶运动会导致合模电子尺的显示波动。
光栅位移传感器
W
k 1
W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2
特例：当 =0, w1=w2 → B= → 光闸莫尔条纹 当 =0, w1≠w2 → 纵向莫尔条纹
.
莫尔条纹
12
莫尔条纹动画
单播击放准播中备放…演…动示画
圆弧莫尔条纹 .
13
光闸莫尔条纹
播放中播…放…动画
.
14
环形莫尔条纹
❖ 可进行无接触测量，
❖ 容易实现系统的自动化和数字化。
❖ 在机械工业中得到了广泛的应用，特别是
在量具、数控机床的闭环反馈控制、工作母
机的坐标测量等方面。
.
21
❖ 请问莫尔莫尔条纹测位移具有哪三个特点？
.
22
播放播中放…动… 画
单击准.备演示
15
辐射形莫尔条纹
单击播准放.备动演画示
16
长光栅莫尔条纹
播放动画
.
17
长光栅光闸莫尔条纹
播放动画
.
18
结论：莫尔条纹测位移具有三个特点
(1) 莫尔条纹的移动方向：当指示光栅不动，主光栅左 右平移时，莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移 动。查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光 栅左右移动方向。
❖ 图7-8中f－f线区则是由于光栅的遮光效应形 成的。
.
8
图7-8 莫尔条纹
.
9
主光长栅 光栅莫尔条纹指示光栅
.
10
位移的放大作用
当光栅每移动一个光栅栅距W时， 莫尔条纹也跟着移动一个条纹
宽度BH。莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为
W2
W2 W
BH sin
光栅测量知识
光栅测量知识现代光栅测量技术从20世纪50年代至70年代，栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合起来，测量单位不是像激光一样的光波波长，而是通用的米制标尺。
它们有各自的优点，相互补充，在竞争中都得到了发展。
但光栅测量系统的综合技术性能优于其它4种，而且其制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
在栅式测量系统中，光栅的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨率已覆盖微米级、亚微米级和纳米级；测量速度从60m/min至480m/min。
测量长度从1m 、3m 至30m 和100m 。
光栅测量技术的发展计量光栅技术的基础莫尔条纹是由英国物理学家L Rayleigh 首先提出的。
到20世纪50年代才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。
1950年，德国Heidenhain 首创DIADUR 复制工艺，即在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，可制造出高精度、价格低廉的光栅刻度尺，所以光栅计量仪器才被广大用户所接受，并进入商品市场。
1953年，英国Ferranti 公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光栅测量系统的基础，并一直应用至今。
60年代初，德国Heidenhain 公司开始开发光栅尺和圆栅编码器，并制造出栅距为4μm的光栅尺和10000线/转的圆光栅测量系统，可实现1μm 和1角秒的测量分辨率。
1966年又制造出了栅距为20μm的封闭式直线光栅编码器。
在80年代又推出了AURODUR 工艺，是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅，并在光栅一个参考标记的基础上增加了距离编码。
1987年，又提出一种新的干涉原理，即采用衍射光栅实现纳米级的测量，并允许较宽松的安装。
1997年推出用于绝对编码器的EnDat 双向串行快速连续接口，使绝对编码器和增量编码器一样很方便地应用于测量系统。
磁栅尺 ttl-概述说明以及解释
磁栅尺ttl-概述说明以及解释1.引言1.1 概述磁栅尺是一种常见的长度测量设备，利用磁场和光程差原理来实现测量。
它由一组光栅以及两个磁极组成，其中一个磁极被称为固定极，而另一个磁极则被称为可移动极。
磁栅尺的工作原理基于光的干涉现象。
当光线穿过光栅时，会在光栅上产生干涉条纹，而这些条纹的间距与光栅的周期有关。
而这种间距又可以通过观察光的相位差来确定，进而计算出长度的变化。
具体而言，当光线经过光栅后，可移动极会根据被测长度的变化而移动，从而改变光栅的位置。
根据光栅的周期变化，我们可以测量出光栅的位移，从而可以得到被测长度的变化。
磁栅尺具有很多应用领域，特别是在需要高精度测量的领域中。
例如，在机械加工过程中，磁栅尺可以用来实时监测工件的位移和形变，从而提供精确的控制和调整。
此外，在科学研究中，磁栅尺也可用于实验测量和数据采集，为科学家们提供准确的实验结果。
尽管磁栅尺有许多优点，例如高精度、稳定性和耐用性等，但也存在一些缺点。
例如，磁栅尺对外界磁场的干扰比较敏感，需要在使用过程中保持相对较为恒定的磁场环境。
此外，磁栅尺的使用成本较高，需要特定的仪器和设备进行安装和调试。
综上所述，磁栅尺作为一种高精度的长度测量设备，在各个领域都具有重要的应用价值。
通过利用磁场和光程差原理，磁栅尺可以实现对长度变化的准确测量。
未来，随着科技的不断进步，我们可以期待磁栅尺在更多领域的应用，以及更加精确和可靠的测量结果。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面的介绍：文章结构是指整篇文章按照一定的逻辑顺序和框架组织起来的布局和内容安排。
一个良好的文章结构可以使读者更好地理解文章的主题和内容，并有助于文章的逻辑清晰和层次分明。
在本文中，文章结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分是文章的开头，用于引起读者的兴趣并简要介绍磁栅尺ttl 的背景和重要性。
在引言中，可以概述磁栅尺ttl 的基本概念和作用，引出文章的主题并提出本文的目的。
磁栅尺原理
磁栅尺原理磁栅尺是一种利用光栅原理和磁性原理相结合的高精度测量装置，它在工业生产和科学研究领域具有广泛的应用。
磁栅尺的原理是基于光栅尺原理和磁性原理相互作用而产生的，下面将详细介绍磁栅尺的原理。
首先，磁栅尺是由光栅尺和磁性标尺组成的。
光栅尺是一种利用光学原理进行测量的装置，它通过光学传感器和光栅标尺之间的相互作用来实现测量。
而磁性标尺则是利用磁性材料制成的标尺，它具有磁性刻度，可以通过磁性传感器来实现测量。
磁栅尺将光栅尺和磁性标尺结合在一起，充分利用了它们各自的优点，实现了高精度的测量。
其次，磁栅尺的工作原理是基于光栅尺和磁性标尺之间的相互作用。
在测量过程中，光栅尺和磁性标尺之间会产生光学信号和磁性信号，这些信号会被传感器接收并转换成电信号，然后经过信号处理系统进行处理，最终得到测量结果。
光栅尺和磁性标尺的刻度密度决定了磁栅尺的分辨率，而传感器的灵敏度和信号处理系统的精度则决定了磁栅尺的测量精度。
再次，磁栅尺的原理具有很高的稳定性和可靠性。
由于光栅尺和磁性标尺都是非接触式的测量装置，因此在工作过程中不会产生磨损和磨损，可以实现长期稳定的测量。
同时，磁栅尺还具有抗干扰能力强、抗污染能力强等优点，可以在恶劣的工作环境下进行高精度的测量。
最后，磁栅尺的原理在工业生产和科学研究领域具有广泛的应用。
它可以用于各种精密加工设备的位移测量、角度测量和速度测量，也可以用于天文望远镜、光学仪器等科学研究领域。
随着科学技术的不断发展，磁栅尺的原理也在不断改进和完善，将会有更广泛的应用前景。
总之，磁栅尺是一种利用光栅原理和磁性原理相结合的高精度测量装置，它的原理是基于光栅尺和磁性标尺之间的相互作用而产生的。
磁栅尺具有很高的测量精度、稳定性和可靠性，广泛应用于工业生产和科学研究领域。
随着科学技术的不断发展，磁栅尺的原理也在不断改进和完善，将会有更广泛的应用前景。
磁栅尺使用方法
磁栅尺使用方法磁栅尺是一种常用的测量工具，它可以测量物体的长度、宽度、高度等尺寸，具有精度高、稳定性好等优点。
下面我们来详细了解一下磁栅尺的使用方法。
一、磁栅尺的结构磁栅尺由磁栅头、读数头、刻度尺、固定座等组成。
其中，磁栅头是测量的主要部分，它由磁栅片、磁场传感器、信号处理电路等组成，能够将物体的位移转化为电信号输出。
读数头则是将电信号转化为数字信号，显示在数码显示屏上。
刻度尺是用来固定磁栅头的，固定座则是用来固定整个磁栅尺的。
二、磁栅尺的使用方法1. 安装磁栅尺首先，需要将磁栅尺固定在测量物体上。
将固定座固定在物体上，然后将磁栅头插入刻度尺中，调整磁栅头的位置，使其与物体接触。
接下来，将读数头插入磁栅头上，调整读数头的位置，使其与磁栅头接触。
2. 连接电源将磁栅尺的电源线连接到电源上，打开电源开关，此时数码显示屏上会显示出一串数字，表示磁栅头的位置。
3. 进行测量将物体移动，磁栅头也会随之移动，此时数码显示屏上的数字也会随之变化，表示物体的位移。
可以根据数码显示屏上的数字来确定物体的长度、宽度、高度等尺寸。
4. 调整磁栅尺的灵敏度如果磁栅尺的灵敏度不够高，可以通过调整磁栅头的位置来提高灵敏度。
将磁栅头调整到离物体更近的位置，可以提高灵敏度，但也会增加误差。
5. 注意事项在使用磁栅尺时，需要注意以下几点：（1）磁栅头不能与物体接触过紧，否则会影响测量精度。
（2）磁栅尺不能受到强磁场的干扰，否则会影响测量精度。
（3）磁栅尺不能受到震动或冲击，否则会影响测量精度。
（4）磁栅尺需要定期校准，以确保测量精度。
三、总结磁栅尺是一种精度高、稳定性好的测量工具，使用方法简单，但需要注意一些细节问题。
在使用磁栅尺时，需要注意磁栅头与物体的接触、磁场干扰、震动冲击等问题，以确保测量精度。
磁栅尺的工作原理和应用
磁栅尺的工作原理和应用1. 介绍磁栅尺是一种精密测量仪器，广泛应用于机床、激光加工设备等需要精确定位的领域。
它通过测量磁栅尺的位移来确定被测物体的位置，具有高精度、高分辨率、反应快速等特点。
2. 工作原理磁栅尺的工作原理基于磁性规律和光电探测技术。
它由磁栅尺尺身和读头两部分组成。
磁栅尺尺身上大小相等、磁场方向相反的磁片交替排列，形成一种规律的磁场。
读头内置有光电传感器，能够感知磁栅尺尺身上磁性变化所引起的光强变化。
磁栅尺的工作过程如下：•当磁栅尺尺身发生位移时，磁栅尺尺身上的磁片会引起读头中光电传感器所感知到的光强变化。
•光电传感器会将光强变化转化为电信号，并将其送至信号处理器进行处理。
•信号处理器会对电信号进行放大和滤波处理，使其变为可用的数字信号。
•最终，通过测量这些数字信号的变化，我们可以获得磁栅尺的位移信息。
3. 应用领域磁栅尺由于其高精度和高分辨率的特点，在众多领域都有着广泛的应用。
下面列举了几个常见的应用领域。
3.1 数控机床磁栅尺在数控机床上被广泛应用，用于测量机床各个轴向的位置和运动状态。
例如，在铣床上，磁栅尺可以测量工作台的移动距离和速度，从而精确控制铣削的位置和速度，提高加工精度和效率。
3.2 激光加工设备磁栅尺在激光加工设备上的应用也非常常见。
在激光切割设备中，磁栅尺可以测量切割头的位置和切割物体的尺寸，实现高精度的切割工艺。
在激光打标设备中，磁栅尺可以测量工作台的位置，使得打标过程能够准确定位，保证打标的精度和一致性。
3.3 精密测量仪器磁栅尺也被广泛应用于精密测量仪器中，如光学设备、半导体制造设备等。
在这些设备中，磁栅尺可以用来测量各种物体的尺寸、平行度、直线度等精度要求较高的参数。
磁栅尺的高精度和高分辨率可以保证测量结果的准确性和可靠性。
3.4 其他领域除了上述应用领域，磁栅尺还可以在其他需要高精度定位和测量的领域中发挥作用，例如精密仪器制造、航空航天工程、汽车制造等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(1)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ莫尔条纹（Moire）
主光栅 指示光栅
均匀刻线
夹角
移动
明暗相间条纹
莫尔条纹
条纹宽度： B
W W 2 sin( / 2)
W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2 特例：当 =0, w1=w2 → B= → 光闸莫尔条纹 当 =0, w1≠w2 → 纵向莫尔条纹
莫尔条纹特性： 方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距一方向对应 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 可调性：夹角θ↓→ 条纹间距B↑ → 灵活 准确性：大量刻线 → 误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度
3）激光三角法
原理：
y = f (x)
x
y
激光测距产品
Keyence 激光测距传感器
特点： 非接触、不易划伤表面、结构简单、测量距离大、 抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高 精度：光学元件本身的精度、环境温度、激光束的光强和直 径大小以及被测物体的表面特征
应用：
厚度测量：
莫尔条纹 --- 圆弧形、 环形、辐射形 ① 径向光栅的圆弧形莫尔条纹 两块径向光栅 --- 栅距角相同/不大偏心量
光栅不同区域，栅线交角不同
--- 圆弧形莫尔条纹 （不同曲率半径） 条纹宽度 --- 随位置变化 偏心垂直位置上 --- 横向莫尔条纹 实际应用 --- 条纹近似垂直于栅线 偏心方向上 --- 纵向莫尔条纹 --- 条纹近似平行于栅线 其他位置 --- 斜向莫尔条纹 特例 --- 光闸莫尔条纹（同心、栅距角相同） 主光栅（一个栅距角）--- 透光量（一个周期）
② 切向光栅的环形莫尔条纹 两块切向光栅 ---栅距角相同/切线圆半 径不同/同心叠合 环形莫尔条纹 --- 以光栅中心为圆心的同心圆簇 条纹宽度 --- 随条纹位置变化 优点：--- 全光栅平均效应 应用：高精度角度测量和分度 ③ 环形光栅的辐射形莫尔条纹 两块环形光栅（相同）--- 栅线相对 /不大的偏心量 辐射形莫尔条纹 --- 条纹近似直线/呈辐射状 特点：条纹数目/位置 --- 偏心量大小/ 圆心连线方向 偏心量（一个栅距）--- 莫尔条纹数目 增加一条（一个象限内） 光栅旋转 --- 条纹数目/位置（不变） 应用：主轴偏移、晃动
磁头按读数方式不同可分为动态磁头和静 态磁头 动态磁头又称为非调制磁头，属于速度响 应磁头，静止时无信号输出；静态磁头又 称为调制磁头，属于磁通响应磁头，静止 时仍有信号输出。
动态磁头
静态磁头
静态磁头测量
静态磁头测量方法
三 感应同步器
(2) 光栅传感器分类与结构原理 按运动形式分： 直线型---主光栅为直尺形→直线移动 旋转型---主光栅为圆盘形→旋转运动 按光学形式分： 透射式---光源与光电元件在两侧→透射光 反射式---光源与光电元件同一侧→反射光
(3)圆光栅传感器 光栅 --- 径向光栅、切向光栅、环形光栅
径向圆光栅
切向圆光栅
二 磁栅尺测量原理
磁栅传感器主要由磁珊，磁头和检测电路 构成。 测量原理：磁珊上有等间距的磁信号，利 用磁带录音原理将等间距周期性变化的电 信号（正余弦或矩形波）用录磁的方法磁 性尺子或圆盘上。 工作时，磁头相对于磁珊有一定的相对位 置，在这个过程中，磁头会读出磁珊上的 磁信号
磁头
一
光栅激光位移测 量技术
一、 光栅式传感器
--- 等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件
物理光栅：利用光的衍射现象分析光谱、测定波长
计量光栅： 利用光的莫尔条纹现象测量精密位移
长光栅 --- 直线位移；圆光栅 --- 角位移 构成：主光栅 --- 标尺光栅，定光栅；指示光栅 --- 动光栅 长度 --- 测量范围；刻线密度 --- 测量精度 ( 10、25、50、100、125线/mm )
(a) 参考表面：两传感器同向 --- 减小偏心误差 (b) 相对测量：两传感器反向，无参考表面 --- 克服钢板本身 上下起伏造成的误差
测量范围：16mm左右；相对测量精度：0.1% ~ 0.2% 适用：在线测量钢板/铝板等板材厚度 特点：测头对表面颜色和纹理变化以及背景光的影响不敏感 不能测量镜面 --- 漫反射原理
(4) 光栅传感器特点 ①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″ ②量程大：透射式---光栅尺长（米），反射式---几十米 ③响应快：可用于动态测量 ④增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、移动精度 ⑥成本高：电路复杂
二、激光干涉测量系统
单频激光干涉系统
双频激光干涉系统
--- 信噪比高，抗干扰能力强，大位移测量（200m以上）
双频激光干涉测量系统
三、激光测距系统 --- 大范围远距离测距（几千/几十千米）
1）脉冲测距法 激光短脉冲信号（激光器 被测目标） 距离 d ct / 2 测量精度：时间间隔测量精度（脉冲窄、响应速度快） 远距离 --- 固体/二氧化碳；近距离 --- 半导体 巨脉冲激光器 --- 地球—月球距离（分辨力：1m） 2）相位差测距法 c c 激光束调制 --- 相位差 --- 时间 --- 距离 D 2 4f 0 0 特点：测量精度高、分辨力强