光栅传感器的构成三、莫尔条纹的形成原理及特点四
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Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
通常a=b；光栅的精度越高，栅距W就越小；一般栅距可 由刻线密度算出，刻线密度为25，50，100，250条/mm。
4、光栅副：指示光栅＋主光栅
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Copyright 2004-2011 Aspos条e纹P。ty Ltd.
长光栅 测量线位移的光栅为矩形并随被 测长度增加而加长
光栅
圆光栅 测量角位移的光栅为圆形
2、光栅的外形及结构
尺身
尺身安装孔 防尘保护罩的内部为长磁栅
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防护罩内为直线光栅
五、细分技术
当使用一个光电池通过判断信号周期的方法来 进行位移测量时，最小分辨力为1个栅距。为了提高 测量的精度，提高分辨力，可使栅距减小，即增加 刻线密度。另一种方法是在双光电元件的基础上，
经过信号调节环节E对va信lu号at进ion行o细n分ly.. ted wit细h A分s就po是s在e.莫Sl尔ide条s纹fo变r 化.N一E周T 3期.5时C，li不en只t 输Pr出ofile 5.2
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 C标o尺p光y栅r相i角g对方指h向示t 光2栅0的0转4-2标0尺1光方1栅向移A动spo莫s尔e条纹P移t动y方L向td.
顺时针方向
向左 向右
向上 向下
逆时针方向
向左 向右
向下 向上
2）光学放大作用
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
二、光栅传感器的构成
对于线位移测量，两块光栅长短不等，长的随运动部件移 动，称为标尺光栅，短的固定安放，称指示光栅；而测量角 位移时，一块圆光栅固定，另一块随转动部件转动。
光栅传感器结构为：Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
当θ很小时， sin
22
则有B W
（θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角，弧度）
3、莫尔条纹的特点
1）莫尔条纹的移动方向与光栅夹角有对应关系
当主光栅沿栅线垂直方向移动时，莫尔条纹沿着
夹角θ平分线（近似平行于栅线）方向移动
表5-1莫尔条纹E和v光a栅lu移a动t方io向n与o夹n角l转y向. 之间的关系
放大倍数可通过改变θ角连续变化，从而获得任 意粗细的莫尔条纹，即光栅具有连续变倍的作用。
3）均化误差作用
莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，
对光栅的刻线E误va差lu有a平tio均n 作on用ly。. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
一个C脉op冲y，rig而h是t 2输00出4若-2干01个1脉A冲sp，os以e减P小ty脉Lt冲d.当
量提高分辨力。
例如100线光栅的W=0.01mm，若n=4，则分辨率 可从0.01mm提高到0.0025mm。因为细分后计数脉冲 提高了n倍，因此也称之为n倍频。
直接细分
又称位置细分，常用的细分数为4。四细分可用4
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光源
计量 光栅
光电 转换
前置 放大
细分 辨向
计数
受控 装置
传感器
数字显示器
3自由度光栅数显表
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四、莫尔条纹测量位移
光栅每移过一个栅距W，莫尔条纹就移过一 个间距B。通过测量莫尔条纹移过的数目，即可 得出光栅的位移量。
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要C能o够py转ri换gh成t 位20移04的-2物0理11量A，sp如o速se度P、ty加L速td度. 、
振动、变形等，均可测量。
1、光栅的类型
通常是由在表面上按一定间 透射式光栅 隔制成透光和不透光的条纹
光栅
的玻璃构成
Evaluatio在n金o属n光ly.洁的表面上按一定 ted with Aspose.S反li射de式s光fo栅r .间N隔E制T成3全.5反C射li和en漫t反P射ro的file 5.2
ted w数it如h累C果A加os能p，py够or而sig在e物h.物St体2l体Ei反0dv正0ea向4s向lu-移f2ao移0动tri1动o.时1Nn时可EAo，Tsn从pl将3y已o..得s5累e到C加Pl的ite的yn脉脉Lt冲tP冲dr.ofile 5.2
数中减去反向移动的脉冲数，这样就能得到正 确的测量结果。
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B
2、莫尔条纹的宽度
设a=b=W/2，则
W / 2 sin
B Ev2aluation only. ted w所it以hC，AosppyorBsigeh.StW s2liin0d/0e224s-f2o0r1.1NEATsp3o.s5eCPliteynLt tPdr.ofile 5.2
过去C，o形py成r一ig条ht暗2带00；4-而2亮011 Aspose Pty Ltd.
条与亮条重合的地方，部分
光线得以通过，形成一条亮
带 。这种亮带与暗带形成的 条纹称为莫尔条纹。
图5-5-2 莫尔条纹
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河 南
第五讲 光栅传感器
工
业
一、光栅的种类和结构
职
二、光栅传感器的构成
业 技
Eva三lu、a莫tio尔n 条on纹ly的. 形成原理及特点
ted术with Aspose.Slide四s 、fo莫r .尔NE条T纹3测.5量C位lie移nt Profile 5.2
学 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
图5-5-5 光栅传感器电流型输出信号 (a)正弦信号;(b)整形后的信号;(c)5倍频处理后的信号
六、辨向技术
如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中， 无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相 同的正弦信号，无法分辨位移的方向。
缺点：光电元件安放困难，细分数不能太高。
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图5-5-4 四细分
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安装有直线光栅的数控机床加工实况
角编码器 安装在夹 具的端部
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切削刀C具opyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
被加工工件
光栅扫描头பைடு நூலகம்
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反射式扫描头 （与移动部件固定）
扫描头安装孔
可移动电缆
可移动电缆
扫描头（与移动部件固定） 光栅尺
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光栅C传o感py器r由igh光t源20、0透4镜-2、011 Aspose Pty Ltd.
光栅副（主光栅和指示光 栅）和光电接收元件组成。
如图5-5-1所示。
图5-5-1光栅传感器的组成
三、莫尔条纹的形成原理及特点
1、莫尔条纹的形成原理
当两块光栅互相靠近且
沿刻线方向保持有一个夹角
θ时，两块光栅的E暗v条a与lu亮ation only. ted w条ith重A合s的p地os方e，.S使li光de线s透f不or .NET 3.5 Client Profile 5.2
院
五、细分技术
电 气
六、辨向技术
工
程
系
一、光栅的类型和结构
光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一 种脉冲输出数字式传感器，它广泛应用于数控
机床等闭环系统E的va线lu位at移ion和o角n位ly.移的自动检测 ted wi以th及A精sp密os测e量.S方lid面es，f测or量.N精E度T可3.达5几C微lie米nt。P只rofile 5.2
图的5周-期5C-数3o所Np（示y等。rig于只h莫要t 2尔测0条量0纹波4-移形2动变01数化1）Aspose Pty Ltd.
就可知道光栅的位移量X，其数学
表达式为
图5-5-3 光电元件输出与光栅位移的关系
X=N·W
在实际装置中常将光源、计量光栅、光电
转换和前置放大组合在一起构成传感器（光栅
由公式B=W/θ可知，当W一定，而θ 较小时，可使θ<<1，则B>>W。
ted with＝A0.s0如0p：0o2s长9 e光r.aS栅d，lEi在d则ve一a：s毫luBf米=ao0tr内.io0.刻N1n/E线0o.T为0n0l130y02..095条≈C，3.liθ4e4n＝mmt，1P0 rofile 5.2 放C大o3p4y4倍rig。ht 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
读数头）；将具有细分辨向的差补器、计数器
ted w和装it由置h A步装s进在po电一s机个e.、箱SlE打内idve印，asl机常ufao或称trio绘为.Nn图数EoT机字nl3等显y..5组示C成器li的。en受t 控Profile 5.2
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个依次相距的光电元件，在莫尔条纹的一个周期内
将产生4个计数脉冲，实现了四细分。如图5-5-4所
示。
Evaluation only.
ted with优A点sp：o对se莫.S尔lid条e纹s 信for号.波NE形T要3求.5不C严lie格n，t P电ro路file 5.2 简Co单p，yr可ig用ht于20静0态4-和20动11态A测s量po系s统e P。ty Ltd.
黑白透射直线光栅是在镀有铝箔的光学玻璃上，均 匀地刻上许多明暗相间，宽度相同的透光线，称为栅线。 设栅线宽为a，线间缝宽为b，a+b=W称为光栅节距(栅距)。
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长光栅
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圆光栅
3、栅距
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由于光栅的遮光作用，透过光
栅的光强随莫尔条纹的移动而变化，
变化规律接近于一直流信号和一交
流信号的叠加。固定在指示光栅一
侧的光电转换元件的E输v出a，lu可at以io用n only.
ted光w栅ith位A移s量pXo的s正e.弦S函lid数e表s示fo，r 如.NET 3.5 Client Profile 5.2
通常a=b；光栅的精度越高，栅距W就越小；一般栅距可 由刻线密度算出，刻线密度为25，50，100，250条/mm。
4、光栅副：指示光栅＋主光栅
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Copyright 2004-2011 Aspos条e纹P。ty Ltd.
长光栅 测量线位移的光栅为矩形并随被 测长度增加而加长
光栅
圆光栅 测量角位移的光栅为圆形
2、光栅的外形及结构
尺身
尺身安装孔 防尘保护罩的内部为长磁栅
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防护罩内为直线光栅
五、细分技术
当使用一个光电池通过判断信号周期的方法来 进行位移测量时，最小分辨力为1个栅距。为了提高 测量的精度，提高分辨力，可使栅距减小，即增加 刻线密度。另一种方法是在双光电元件的基础上，
经过信号调节环节E对va信lu号at进ion行o细n分ly.. ted wit细h A分s就po是s在e.莫Sl尔ide条s纹fo变r 化.N一E周T 3期.5时C，li不en只t 输Pr出ofile 5.2
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 C标o尺p光y栅r相i角g对方指h向示t 光2栅0的0转4-2标0尺1光方1栅向移A动spo莫s尔e条纹P移t动y方L向td.
顺时针方向
向左 向右
向上 向下
逆时针方向
向左 向右
向下 向上
2）光学放大作用
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
二、光栅传感器的构成
对于线位移测量，两块光栅长短不等，长的随运动部件移 动，称为标尺光栅，短的固定安放，称指示光栅；而测量角 位移时，一块圆光栅固定，另一块随转动部件转动。
光栅传感器结构为：Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
当θ很小时， sin
22
则有B W
（θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角，弧度）
3、莫尔条纹的特点
1）莫尔条纹的移动方向与光栅夹角有对应关系
当主光栅沿栅线垂直方向移动时，莫尔条纹沿着
夹角θ平分线（近似平行于栅线）方向移动
表5-1莫尔条纹E和v光a栅lu移a动t方io向n与o夹n角l转y向. 之间的关系
放大倍数可通过改变θ角连续变化，从而获得任 意粗细的莫尔条纹，即光栅具有连续变倍的作用。
3）均化误差作用
莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成，
对光栅的刻线E误va差lu有a平tio均n 作on用ly。. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
一个C脉op冲y，rig而h是t 2输00出4若-2干01个1脉A冲sp，os以e减P小ty脉Lt冲d.当
量提高分辨力。
例如100线光栅的W=0.01mm，若n=4，则分辨率 可从0.01mm提高到0.0025mm。因为细分后计数脉冲 提高了n倍，因此也称之为n倍频。
直接细分
又称位置细分，常用的细分数为4。四细分可用4
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Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
光源
计量 光栅
光电 转换
前置 放大
细分 辨向
计数
受控 装置
传感器
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四、莫尔条纹测量位移
光栅每移过一个栅距W，莫尔条纹就移过一 个间距B。通过测量莫尔条纹移过的数目，即可 得出光栅的位移量。
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要C能o够py转ri换gh成t 位20移04的-2物0理11量A，sp如o速se度P、ty加L速td度. 、
振动、变形等，均可测量。
1、光栅的类型
通常是由在表面上按一定间 透射式光栅 隔制成透光和不透光的条纹
光栅
的玻璃构成
Evaluatio在n金o属n光ly.洁的表面上按一定 ted with Aspose.S反li射de式s光fo栅r .间N隔E制T成3全.5反C射li和en漫t反P射ro的file 5.2
ted w数it如h累C果A加os能p，py够or而sig在e物h.物St体2l体Ei反0dv正0ea向4s向lu-移f2ao移0动tri1动o.时1Nn时可EAo，Tsn从pl将3y已o..得s5累e到C加Pl的ite的yn脉脉Lt冲tP冲dr.ofile 5.2
数中减去反向移动的脉冲数，这样就能得到正 确的测量结果。
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B
2、莫尔条纹的宽度
设a=b=W/2，则
W / 2 sin
B Ev2aluation only. ted w所it以hC，AosppyorBsigeh.StW s2liin0d/0e224s-f2o0r1.1NEATsp3o.s5eCPliteynLt tPdr.ofile 5.2
过去C，o形py成r一ig条ht暗2带00；4-而2亮011 Aspose Pty Ltd.
条与亮条重合的地方，部分
光线得以通过，形成一条亮
带 。这种亮带与暗带形成的 条纹称为莫尔条纹。
图5-5-2 莫尔条纹
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河 南
第五讲 光栅传感器
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业
一、光栅的种类和结构
职
二、光栅传感器的构成
业 技
Eva三lu、a莫tio尔n 条on纹ly的. 形成原理及特点
ted术with Aspose.Slide四s 、fo莫r .尔NE条T纹3测.5量C位lie移nt Profile 5.2
学 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
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图5-5-5 光栅传感器电流型输出信号 (a)正弦信号;(b)整形后的信号;(c)5倍频处理后的信号
六、辨向技术
如果传感器只安装一套光电元件，则在实际应用中， 无论光栅作正向移动还是反向移动，光敏元件都产生相 同的正弦信号，无法分辨位移的方向。
缺点：光电元件安放困难，细分数不能太高。
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图5-5-4 四细分
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
安装有直线光栅的数控机床加工实况
角编码器 安装在夹 具的端部
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切削刀C具opyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
被加工工件
光栅扫描头பைடு நூலகம்
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反射式扫描头 （与移动部件固定）
扫描头安装孔
可移动电缆
可移动电缆
扫描头（与移动部件固定） 光栅尺
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光栅C传o感py器r由igh光t源20、0透4镜-2、011 Aspose Pty Ltd.
光栅副（主光栅和指示光 栅）和光电接收元件组成。
如图5-5-1所示。
图5-5-1光栅传感器的组成
三、莫尔条纹的形成原理及特点
1、莫尔条纹的形成原理
当两块光栅互相靠近且
沿刻线方向保持有一个夹角
θ时，两块光栅的E暗v条a与lu亮ation only. ted w条ith重A合s的p地os方e，.S使li光de线s透f不or .NET 3.5 Client Profile 5.2
院
五、细分技术
电 气
六、辨向技术
工
程
系
一、光栅的类型和结构
光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的一 种脉冲输出数字式传感器，它广泛应用于数控
机床等闭环系统E的va线lu位at移ion和o角n位ly.移的自动检测 ted wi以th及A精sp密os测e量.S方lid面es，f测or量.N精E度T可3.达5几C微lie米nt。P只rofile 5.2
图的5周-期5C-数3o所Np（示y等。rig于只h莫要t 2尔测0条量0纹波4-移形2动变01数化1）Aspose Pty Ltd.
就可知道光栅的位移量X，其数学
表达式为
图5-5-3 光电元件输出与光栅位移的关系
X=N·W
在实际装置中常将光源、计量光栅、光电
转换和前置放大组合在一起构成传感器（光栅
由公式B=W/θ可知，当W一定，而θ 较小时，可使θ<<1，则B>>W。
ted with＝A0.s0如0p：0o2s长9 e光r.aS栅d，lEi在d则ve一a：s毫luBf米=ao0tr内.io0.刻N1n/E线0o.T为0n0l130y02..095条≈C，3.liθ4e4n＝mmt，1P0 rofile 5.2 放C大o3p4y4倍rig。ht 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
读数头）；将具有细分辨向的差补器、计数器
ted w和装it由置h A步装s进在po电一s机个e.、箱SlE打内idve印，asl机常ufao或称trio绘为.Nn图数EoT机字nl3等显y..5组示C成器li的。en受t 控Profile 5.2
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个依次相距的光电元件，在莫尔条纹的一个周期内
将产生4个计数脉冲，实现了四细分。如图5-5-4所
示。
Evaluation only.
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黑白透射直线光栅是在镀有铝箔的光学玻璃上，均 匀地刻上许多明暗相间，宽度相同的透光线，称为栅线。 设栅线宽为a，线间缝宽为b，a+b=W称为光栅节距(栅距)。
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长光栅
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圆光栅
3、栅距
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由于光栅的遮光作用，透过光
栅的光强随莫尔条纹的移动而变化，
变化规律接近于一直流信号和一交
流信号的叠加。固定在指示光栅一
侧的光电转换元件的E输v出a，lu可at以io用n only.
ted光w栅ith位A移s量pXo的s正e.弦S函lid数e表s示fo，r 如.NET 3.5 Client Profile 5.2