光栅尺工作原理

以下内容中，小编将对光栅尺的相关内容进行着重介绍和阐述，希望本文能帮您增进对光栅尺的了解，和小编一起来看看吧。

一、光栅尺

光栅尺，也称为光栅尺位移传感器(光栅尺传感器)，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。光栅尺按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅和反射光栅。

光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。图1所示的就是光栅尺的结构。

光栅检测装置的关键部分是光栅读数头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头)。

二、光栅尺的原理

光栅尺是根据物理学中莫尔条纹的形成原理工作的。当两个光栅尺放置在指示光栅上的线条和刻度光栅上的线条之间成一定角度时，两个光栅尺上的线条必然会相互交叉。在光源照射下，由于靠近路口的小区域内黑线重叠，挡光面积较小，挡光效果较弱。光的累积效应使这个区域显得明亮。相反，在远离交点的区域，由于两个光栅尺不透明黑线的重叠部分越来越少，不透明区域逐渐变大，即遮光区域逐渐变大，使得挡光效应应变更强，只有少量的光可以通过该区域的光栅，导致该区域出现暗带。这些线几乎与光栅线垂直，交替出现的明暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下特性:

1.当平行光束照射光栅时，通过莫尔条纹的光强分布类似于余弦函数。

2.如果W表示莫尔条纹的宽度，D表示光栅的间距，θ表示两条光栅尺线之间的夹角，则在角度很小时，它们之间的几何关系为W = D/SIN，上述公式可近似写成W = D/θ。

若d = 0.01mm，θ = 0.01rad，则由上式可得W=1mm。这说明利用光的干涉现象，不需要复杂的光学系统和电子系统，就可以将光栅间距转换成放大100倍的莫尔条纹宽度。这种放大是光栅的一个重要特征。

3.由于莫尔条纹是由多条光栅线共同干涉形成的，莫尔条纹对单个光栅线之间的光栅间距误差有平均作用，可以消除光栅间距不均匀带来的影响。

4.莫尔条纹的运动对应于两个光栅尺之间的相对运动。当两个光栅尺移动一个间距D时，莫尔条纹将移动一个莫尔条纹宽度W，其方向垂直于两个光栅尺相对移动的方向。当两个光栅尺的相对运动方向发生变化时，莫尔条纹的方向也会发生变化。

根据莫尔条纹的上述特点，假设我们在莫尔条纹的运动方向上开四个观察窗A、B、C、D，并使这四个观察窗相隔1/4莫尔条纹宽度，即w/4。从上面的讨论可以看出，当两个光栅尺相对运动时，莫尔条纹随之运动。从四个观察窗A、B、C和D，可以获得相位超前或滞后1/4周期(即π/2)的四个光强变化过程(取决于两个光栅尺的相对运动方向)。表达式见图4-9(c)。如果使用光敏元件进行检测，光敏元件通过观察窗将光强的变化转换成相应的电压信号，设置为。根据这四个电压信号，可以检测光栅尺的相对运动。

上述所有信息便是小编这次为大家推荐的有关光栅尺的内容，希望大家能够喜欢，想了解更多有关它的信息或者其它内容，请关注我们网站哦。