光栅传感器及其应用

D、按其应用类型，光栅可分 为长光栅和圆光栅。
四、光栅传感器及其应用
2、光栅传感器的工作原理
a
b
W
θ
莫尔条纹原理
四、光栅传感器及其应用
2、光栅传感器的工作原理
计量光栅是利用莫尔 现象实现几何量的测 量的。莫尔条纹的成 因是由主光栅和指示 光栅的遮光和透光效 应形成的(两只光栅参 数相同)。
指示光栅
a
四、光栅传感器及其应用
4、光栅传感器的应用(1)
（a）
（b）
图3—5 透射长光栅和圆光栅传感器
四、光栅传感器及其应用
4、光栅传感器的应用(2)
机床用光栅传感器
四、光栅传感器及其应用
4、光栅传感器的应用(3)
指示光栅
d f d
a
b
W
θ
d
f d
主光栅
f
f
（ a）
四、光栅传感器及其应用
3、光栅传感器的结构
光栅传感器是利用莫尔条纹将光栅栅距的变 化转换成莫尔条纹的变化，只要利用光电元件检 测出莫尔条纹的变化次数，就可以计算出光栅尺 移动的距离。光栅传感器作为一个独立完整的测 量系统，它包括光栅传感器(光栅尺)和数显表两 部分。
主光栅
d f
a
b
W
θ
d
f
d
f
d f
（ a） 莫尔条纹原理
四、光栅传感器及其应用
2、光栅传感器的工作原理 莫尔特性 (1)平均效应。莫尔条纹是
指示光栅
d f d
a b W θ
由光栅的大量栅线共同形成
的，对光栅栅线的刻划误差
d
f d
有平均作用，从而能在很大
主光栅
f
f
程度上消除刻线周期误差对 测量精度的影响。
四、光栅传感器及其应用
光栅传感器主要用于长度和角度的精密测量以 及数控系统的位置检测等。具有测量精度高、抗干 扰能力强、适用于动态测量和自动测量以及数字显 示等特点，在座标测量仪和数控机床的伺服系统中 有着广泛的应用。
四、光栅传感器及其应用
1、光栅的基本结构 （1）光栅 光栅是在透明的玻璃上 刻有大量相互平行、等宽而 又等间距的刻线。这些刻线
莫尔条纹原理
四、光栅传感器及其应用
2、光栅传感器的工作原理
莫尔特性
(2)放大作用。 由于θ角很小， 指示光栅 从式3—1可明 d f 显看出莫尔条 d 纹有放大作用， f 放大倍数为 主光栅
a b W
W W W B 2 2 sin 2 2
θ
w/2
w/2
d
百度文库
f d
B
f
f
f
（ a）
四、光栅传感器及其应用
3、光栅传感器的结构
光 源
透 镜
主 光栅
指 示 光 源
光电接收 元件
图1 光栅尺
图2 光栅尺结构原理
四、光栅传感器及其应用
3、光栅传感器的结构 光栅传感器由光源、光栅尺、光电元件及光 学系统组成
Vcc
U
输出
b c
（ a）
光源 聚光镜 物镜 光电元件 主光栅 图3—4 指示光栅 透射光栅光路、光电转换电路示意图
(b)
例如：W=0.02mm，θ=0.1°，则B=11.4592mm，其K值约为573， 用其它方法很难得到这样大的放大倍数。
四、光栅传感器及其应用
2、光栅传感器的工作原理 莫尔特性
(3)对应关系。两光栅沿与栅线
垂直的方向相对移动时，莫尔条
纹沿栅线方向(确切地说，沿栅 线夹角θ的平分线方向)移动。两 光栅相对移动一栅距W，莫尔条 纹移动一个条纹间距B。
是透明的和不透明的，或是
对光反射的和不反射的。
黑白型长光栅
四、光栅传感器及其应用
1、光栅的基本结构 (2)光栅结构
缝隙 栅线
栅线的宽度为a（一般为
8~12mm），线间宽度为b，
a b W
一般取a=b，而W=a+b， W称为光栅栅距(也称为光栅 常数或光栅节距，是光栅的重 要参数，用每毫米长度内的栅
光栅结构
线数表示栅线密度，如100线 ／mm、250线／mm)。
四、光栅传感器及其应用
1、光栅的基本结构 (3)类型
A、按其原理和用途可分为物理光 栅和计量光栅。 B、按其透射形式，光栅可分为 透射式光栅和反射式光栅。 C、按其栅线形式，光栅可分为 黑白光栅(幅值光栅)和闪耀光栅 (相位光栅)。
(a) 长光栅 (b) 圆光栅