光柵測量原理及計量光柵分類

   光柵的種類很多，其中以計量光柵的技術發展得最迅速和最成熟。計量光柵通常用于數字檢測系統，用來檢測高精度直線位移和角位移，是數控機床上應用較多的一種檢測裝置。光柵傳感器的空間分辨率一般可達1μm左右，單根光柵的長度可達600mm以上，主光柵能夠進行拼接，測量范圍可達幾米以上。如圖所示光柵由4光源，透鏡，2指示光柵，3光電元件，驅動電路和1標尺光柵組成

 

光柵的測量原理

當兩光柵面相對疊合，中間留有很小的間隙，并使兩者柵線之間保持很小夾角θ，透射光就會形成明暗相間的莫爾條紋。光柵主要是利用莫爾條紋實現測量的。

 

莫爾條紋具有以下特點：

 

（1）平均效應   莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成，對光柵的刻劃誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除短周期誤差的影響。光柵的工作長度越大，參加工作的刻線越多，這一作用就越顯著。

 

（2）放大作用   由于θ角很小，從式(1-4)可明顯看出光柵有放大作用，放大比為：K≈1 /θ

 

（3）對應關系  兩光柵沿與柵線垂直的方向相對移動時，莫爾條紋沿柵線方向移動。兩光柵相對移動一個柵距P，莫爾條紋移動一個條紋間距W。光柵反向移動時，莫爾條紋亦反向移動。利用這種嚴格的一一對應關系，根據光電元件接收到的條紋數目，就可以知道主光柵所移過的位移值。　　　

                                              　



 在實際應用中，為了判別主光柵移動的方向以及對光柵的柵距進行細分等，常采用四極硅光電池接收四相信號。四極硅光電池是在一整塊硅基片上，蝕刻出四個絕緣的、等面積、等距離分布的光電池。裝配時，通過調整兩光柵間的夾角θ，可使莫爾條紋的寬度B恰好等于四極硅光電池的寬度S。相鄰光電元件的間距等于B/4。它們的位置就相當于把莫爾條紋的寬度在空間上均勻地分成了四部分，因而相應的光電信號在相位上就自然地依次相差90°，即四極硅光電池中的各片順次發出sin、cos、－sin、－cos四相信號。這樣每當光柵移動一個柵距W，莫爾條紋就移動一個條紋寬度B，每個光電元件的電信號就變化了2π。一般地說，光柵移動了距離x，莫爾條紋就移動了x/W個條紋，通過計數器記錄莫爾條紋的數目并對小于一個周期的小數部分進行細分，即可測得光柵的位移量。