光栅尺是什么，光栅尺的工作原理

很多朋友对光栅尺是什么，光栅尺的工作原理不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

什么是光栅尺？也叫光栅尺位移传感器或光栅尺传感器。它是一种利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺常用于数控机床的闭环伺服系统中，可用于检测直线位移或角位移。

被测输出信号为数字脉冲，具有检测范围大、检测精度高、响应速度快的特点。例如，在数控机床中，常通过检测刀具和工件的坐标来观察和跟踪切削误差，从而起到补偿刀具运动误差的作用。

光栅尺由标尺光栅和光栅读数头组成。标尺光栅一般固定在机床的可动部分，光栅读数头安装在机床的固定部分，指示光栅安装在光栅读数头内。光栅检测装置结构的关键部分是光栅读数头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件和调节机构组成。光栅读数头有很多种，按其结构特点和应用场合分为直接接收式读数头。

光栅尺莫尔条纹的工作原理以透射光栅为例。当指示光栅上的线条图案与光栅尺光栅上的线条图案形成一个小角度，两个光栅尺刻面相对平行放置时，它们在光源的照射下位于几乎垂直的光栅图案上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”(右图)。

严格地说，莫尔条纹的排列方向垂直于两条光栅线夹角的平分线。莫尔条纹中两条亮线或两条暗线之间的距离称为莫尔条纹的宽度，用W表示，W= /2* sin( /2)= /.莫尔条纹具有以下特征：

(1)莫尔条纹的变化规律：两个光栅相对移动一个光栅间距，莫尔条纹移动一个条纹距离。由于光的衍射和干涉，莫尔条纹的变化规律近似于正弦(余弦)函数，变化周期数与光栅相对位移的光栅节距数同步。

(2)当两个光栅的光栅线之间的角度较小时，莫尔条纹宽度w与光栅间距和光栅线角度具有以下关系。其中，的单位是弧度，W的单位是毫米.由于倾角很小，sin很小，所以W=/如果=0.01mm，=0.01rad，从上式可以得到W=1，即光栅放大100倍。

(3)莫尔条纹由多条光栅条纹组成。例如，对于每毫米100条线的光栅，在宽度为10毫米的莫尔条纹中有1000条线，使得光栅间距之间的相邻误差被平均，并且消除了由不均匀和断裂的光栅间距引起的误差。电子细分和方向确定方法

光栅位移测量的本质是以光栅节距为标准尺测量对准和称重。高分辨率光栅尺通常价格昂贵且难以制造。为了提高系统的分辨率，需要对莫尔条纹进行细分。目前(2006年)，光栅尺传感器系统大多采用电子细分方式。当两个光栅轻微倾斜重叠时，在大致垂直于光栅刻线的方向上会产生莫尔条纹，莫尔条纹也会随着光栅的移动而上下移动。

这样，光栅间距的测量就转化为莫尔条纹数的测量。

在一个莫尔条纹宽度内，以一定间隔放置四个光电器件，可以实现电子细分和方向确定的功能。例如，对于光栅线为50对/mm、光栅间距为0.02mm的光栅尺，经过四次细分后可以得到分辨率为5m的计数脉冲，在工业普通测控中已经达到了很高的精度。因为位移是一个矢量，需要检测它的大小和方向，所以至少需要两个相位不同的光电信号。

为了消除共模干扰、DC分量和偶次谐波，通常使用由低漂移运算放大器组成的差分放大器。四个光敏器件获得的四路光电信号分别送到两个差分放大器的输入端，两个差分放大器输出的信号相位差为/2。为了得到测向和计数脉冲，需要对这两个信号进行整形，先将其整形为占空比为1: 1的方波。然后，通过辨别和比较方波的相位，我们可以等到光栅尺的移动方向。

通过计数方波脉冲，我们可以等待光栅尺的位移和速度。

以上知识分享希望能够帮助到大家！