光柵式傳感器的基本原理是利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象。

如下圖所示，光柵1類似于長(zhǎng)刻線尺，稱為標(biāo)尺光柵（也稱主光柵），它可以移動(dòng);光柵2只取一小塊，稱為指示光柵，它固定不動(dòng)。也可相反地使指示光柵移動(dòng)。兩者柵距和刻線寬度均相同，使刻線面相對(duì)疊合并在中間留有間隙d，便組成光柵副。

將其置于由光源和透鏡形成的平行光束的光路中，若二光柵柵線之間有很小的夾角 ，則在近似垂直于柵線的方向上顯示比柵距W寬得很多的明暗相間的條紋，這些條紋稱為 莫爾條紋 ，其信號(hào)光強(qiáng)分布如圖中曲線所示，中間為亮帶，上下兩條為暗帶，當(dāng)標(biāo)尺光柵沿垂直于柵線的x方向每移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋近似沿柵線方向移過(guò)一個(gè)條紋間距。用光電元件接收莫爾條紋信號(hào)并經(jīng)電路處理后，用計(jì)數(shù)器可得到標(biāo)尺光柵移過(guò)的距離。

在實(shí)際使用中，一般把光源、指示光柵和光電元件組合在一起，稱為讀數(shù)頭。讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)形式很多，就其光路可分為以下幾種。

（1）分光讀數(shù)頭

它的工作原理如下圖所示，光源Q發(fā)出的光經(jīng)透鏡L1變成平行光，照射到光柵G1和G2上，形成莫爾條紋;透鏡L2把莫爾條紋聚焦;在光闌板S之后的焦面上，光電元件P接收莫爾條紋信號(hào)。這種光學(xué)系統(tǒng)是莫爾條紋光學(xué)系統(tǒng)的基本型。因?yàn)楣鈻砰g距比較小，兩塊光柵之間的間隙也小，所以不能在光柵表面粘玻璃保護(hù)層。

在實(shí)際使用中，如下圖所示，在光柵G與G之間裝上等倍投影透鏡L3和L4使G1的像以同樣大小的像投影在G2上形成莫爾條紋，于是拉長(zhǎng)了G1和G2之間的距離。這種讀數(shù)頭主要用在高精度坐標(biāo)控制系統(tǒng)和精密測(cè)量?jī)x器上。

（2）垂直入射讀數(shù)頭

這種讀數(shù)頭主要是用于每毫米25～125線的玻璃透射光柵系統(tǒng)。下圖為垂直入射讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)示意圖，光源1通過(guò)透鏡2變成平行光照射在標(biāo)尺光柵3和指示光柵4上，形成莫爾條紋，然后由光電池5接受信號(hào)。圖中8是滾動(dòng)軸承，它保證了標(biāo)尺光柵和指示光柵之間恒定的間隙。標(biāo)尺光柵和讀數(shù)頭分別裝在固定部件和移動(dòng)部件上，標(biāo)尺光柵用壓板7夾緊，讀數(shù)頭用螺釘6固定。其精度可達(dá)0.001mm/1000mm。

（3）反射讀數(shù)頭

這種讀數(shù)頭主要用于每毫米25～50線以下的如下圖所示反射光柵系統(tǒng)。圖中 為入射角（一般為30 ，反射光束通過(guò)指示光柵G2形成莫爾條紋，然后經(jīng)透鏡Lz并由光電元件P接收信號(hào)。

光柵只能用于增量測(cè)量方式，目前有的光柵讀數(shù)頭設(shè)有一個(gè)絕dui零點(diǎn)，這樣由于停電或其他原因造成記錯(cuò)數(shù)字時(shí)，可以重新對(duì)零。它是在標(biāo)尺光柵上有一小段光柵，在指示光柵上也有相應(yīng)的一小段光柵，當(dāng)這兩小段光柵重疊時(shí)發(fā)出零位信號(hào)，并在數(shù)字顯示器中顯示出來(lái)。

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