光栅数字传感器的工作原理

光栅数字传感器的工作原理

光栅数字传感器，通常由光源5(聚光镜4)、计量光栅、光电器件3 及测量电路等部分组成，如图12.1.2 所示。计量光栅由标尺光栅1（主光栅）和指示光栅2 组成，因此计量光栅又称光栅副，它决定了整个系统的测量精度。一般主光栅和指示光栅的刻线密度相同，但主光栅要比指示光栅长得多。测量时主

光栅与被测对象连在一起，并随其运动，指示光栅固定不动，因此主光栅的有

效长度决定了传感器的测量范围。图12.1.2 光栅数字传感器

1.莫尔条纹将主光栅与标尺光栅重叠放置，两者之间保持很小的间隙，

并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角θ，如图12.1.3 所示。当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm 的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm 的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开

的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹的间距与栅

距W 和两光栅刻线的夹角θ（单位为rad）之间的关系为

（12.1.1）（12.1.2）

K­称为放大倍数。莫尔条纹有如下几个重要特性：（1）莫尔条纹的运

动与光栅的运动一一对应当指示光栅不动，主光栅的刻线与指示光栅刻线之间始终保持夹角θ，而使主光栅沿刻线的垂直方向作相对移动时，莫尔条纹

将沿光栅刻线方向移动；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，莫尔条纹也相应移动一个间距S。因此通过测量莫尔条纹的移动，就能测量光栅移动的大小和方向，这要比直接对光栅进行测量容易得多。（2）莫尔条纹具有位移放大作用当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W