光栅式传感器 光栅是由许多具有等间距刻线分布的透光缝隙和 不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件。 光栅式传感器有如下特点： 1.精度高。 2.大量程测量兼有高分辨力。 3.可实现动态测量。 4.具有较强的抗干扰能力
光 栅式传 感 器 光栅是由许多具有等间距刻线分布的透光缝隙和 不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件。 光栅式传感器有如下特点： 1.精度高。 2.大量程测量兼有高分辨力。 3.可实现动态测量。 4.具有较强的抗干扰能力
光栅式传感器 按其原理和用途，它可分为物理光栅和计量光栅。 1)物理光栅利用光的衍射现象，主要用于光谱分析 和光波长等量的测量。 2)计量光栅主要利用莫尔现象，测量位移、速度、 加速度、振动等物理量
按其原理和用途，它可分为物理光栅和计量光栅。 1）物理光栅利用光的衍射现象，主要用于光谱分析 和光波长等量的测量。 2）计量光栅主要利用莫尔现象，测量位移、速度、 加速度、振动等物理量。 光 栅式传 感 器
1.光栅结构 在镀膜玻璃上均匀刻制许多 有明暗相间、等间距分布的 细小条纹（又称为刻线）， 这就是光栅，右图为透射光 栅的示意图。图中a为栅线的 宽度（不透光），b为栅线间 宽（透光），a+b=W称为光 栅的栅距（也称光栅常数)。 通常a=b=WMW2,也可刻成 a:b=1.1:0.9。目前常用的 光栅每毫米刻成10、25、50、 透射光栅示意图 100、250条线条
在镀膜玻璃上均匀刻制许多 有明暗相间、等间距分布的 细小条纹（又称为刻线）， 这就是光栅，右图为透射光 栅的示意图。图中 a为栅线的 宽度（不透光）， b为栅线间 宽（透光）， a+b=W称为光 栅的栅距（也称光栅常数）。 通常a=b = W/2，也可刻成 a∶b=1.1∶0.9。目前常用的 光栅每毫米刻成10 、25 、50 、 100 、250条线条。 1. 光栅结构 a b W 透射光栅示意图
2.光栅测量原理 把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅2）面 向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并 使两者的栅线之间形成一个很小的夹角0， 这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现 明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹
把两块栅距相等的光栅（光栅 1、光栅 2）面 向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并 使两者的栅线之间形成一个很小的夹角 θ ， 这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现 明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。 2. 光栅测量原理
2.光栅测量原理 可在d-d线上，两块光栅 光栅1 的栅线重合，透光面积最 大，形成条纹的亮带， 它是由一系列四棱形图案 构成的；在f-线上，两 块光栅的栅线错开，形成 条纹的暗带，它是由一些 光栅2 黑色叉线图案组成的。因 此莫尔条纹的形成是由两 块光栅的遮光和透光效应 光栅莫尔条纹的形式 形成的
可在d - d线上，两块光栅 的栅线重合，透光面积最 大， 形成条纹的亮带， 它是由一系列四棱形图案 构成的；在f - f线上，两 块光栅的栅线错开，形成 条纹的暗带，它是由一些 黑色叉线图案组成的。因 此莫尔条纹的形成是由两 块光栅的遮光和透光效应 形成的。 2. 光栅测量原理 d f d f d 光栅2 光栅1 d f d f d θ W BH 光栅莫尔条纹的形式
莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点： ()位移的放大作用当光栅每移动一个光栅栅距W时，莫 尔条纹也跟着移动一个条纹宽度B,如果光栅作反向移 动，条纹移动方向也相反。莫尔条纹的间距B与两光栅线 纹夹角日之间的关系为 W W 0 2 8越小，B:越大，这相当于把栅距W放大了1/8倍。例如 0=0.1°，则1/0≈573，即莫尔条纹宽度Bu是栅距W的573倍， 这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用，从 而提高了测量的灵敏度
(1) 位移的放大作用 当光栅每移动一个光栅栅距W时， 莫 尔条纹也跟着移动一个条纹宽度BH，如果光栅作反向移 动，条纹移动方向也相反。莫尔条纹的间距BH与两光栅线 纹夹角θ之间的关系为 θ θ W W BH = ≈ 2 sin θ越小，BH越大，这相当于把栅距W放大了1/θ倍。例如 θ=0.1°，则1/θ≈573，即莫尔条纹宽度BH是栅距W的573倍， 这相当于把栅距放大了573倍，说明光栅具有位移放大作用， 从 而提高了测量的灵敏度。 莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点：
(2)莫尔条纹移动方向 如光栅1沿着刻线垂直方向向右 移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动；反之，当光 栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅线向下移动。因此 根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。 (3)误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成， 对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周 期误差的影响
（2） 莫尔条纹移动方向 如光栅1沿着刻线垂直方向向右 移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动；反之，当光 栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅线向下移动。 因此 根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。 (3) 误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成， 对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周 期误差的影响
光栅传感器的组成 光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅读数头、 光栅数显表两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入 量（位移量）转换成相应的电信号；光栅数显表是实现 细分、辨向和显示功能的电子系统
光栅传感器作为一个完整的测量装置包括光栅读数头、 光栅数显表两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入 量（位移量）转换成相应的电信号；光栅数显表是实现 细分、辨向和显示功能的电子系统。 光栅传感器的组成
1.光栅读数头 光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和 光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。指 示光栅比标尺光栅短得多，但两者一般刻有同样的栅距， 使用时两光栅互相重叠，两者之间有微小的空隙。标尺光 栅一般固定在被测物体上，且随被测物体一起移动，其长 度取决于测量范围，指示光栅相对于光电元件固定。光栅 读数头的结构示意图见下页图
光栅读数头主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和 光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。指 示光栅比标尺光栅短得多，但两者一般刻有同样的栅距， 使用时两光栅互相重叠，两者之间有微小的空隙。 标尺光 栅一般固定在被测物体上，且随被测物体一起移动，其长 度取决于测量范围，指示光栅相对于光电元件固定。光栅 读数头的结构示意图见下页图。 1. 光栅读数头
3 2 5 1一光源：2一透镜：3一标尺光栅：4一指 5一光电元件 光栅读数头结构示意图
光栅读数头结构示意图 x 1 2 3 4 5 1—光源；2—透镜；3—标尺光栅；4—指 5—光电元件