光栅尺工作原理及基础理论
- 格式：doc
- 大小：138.00 KB
- 文档页数：9
下载文档原格式
合集下载
直线光栅尺 尺带
直线光栅尺尺带
直线光栅尺是一种高精度的测量工具，通常用于机械加工、精密机械制造、电子电器等行业中。
它利用光的干涉原理，将光栅、光源、光敏元件等组件组合起来，实现高精度的位置测量和角度测量。
一、光栅的基本原理
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它将光分成若干个波长相等的光束，光束之间成为光的干涉。
常用的光栅有砖码型、光线型和光柱型等。
当光射入光栅时，每根光线都会被分成N个光束，并形成N个角度相等的衍射光，在某一个特定的角度处，这些衍射光会相互干涉，形成光强的最大值和最小值，称为衍射峰。
这些衍射峰的强度与光栅的刻线间距有关，如果刻线间距越小，则衍射峰越密集，反之，刻线间距越大，则衍射峰越疏松。
因此，通过测量衍射峰的位置可以计算出光栅的刻线间距，从而实现位置和角度的测量。
二、直线光栅尺的结构和工作原理
直线光栅尺由光源、接收器、直线光栅、尺带等组成。
其中，光源发出单色光，直线光栅将光栅成N个光束，穿过尺带后，透过接收器接收，形成衍射峰信号，经过分析处理后，可以计算出测量的位置和角度。
尺带上有一定的刻度，直线光栅尺可以根据刻度进行刻度测量，精度可以达到0.1微米，适用于高精度的机械加工和检测。
2、可靠性高
直线光栅尺的结构简单，不易损坏，使用寿命长，可靠性高。
3、应用广泛
直线光栅尺可以广泛应用于机械制造领域，如数控机床、钣金加工、激光切割、手工工具等。
总之，直线光栅尺是一种高精度、可靠性高、应用范围广泛的测量工具，受到了广泛的关注和应用。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种用于测量长度、角度和位置的精密测量仪器。
它由一个光栅和一个读取头组成，通过测量光栅上的光信号变化来确定被测量物体的位置或者运动。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
一、光栅尺的基本结构光栅尺由透明的玻璃或者金属基底上刻有一系列等间距的光栅线条组成。
光栅线条通常是通过光刻技术创造的，具有高精度和高稳定性。
读取头是一个光电传感器，通常是一个光电二极管或者光电三极管。
二、光栅尺的工作原理1. 发射光信号光栅尺的读取头发射一束光束，通常是一束激光光束。
这束光经过光栅线条后，会发生衍射现象。
2. 衍射现象当光束通过光栅线条时，会发生衍射现象。
光栅线条上的间距非常小，与光束的波长相当，因此光束会被分成多个衍射光束。
这些衍射光束的相位差与光栅线条的间距有关。
3. 接收光信号读取头接收到经过衍射后的光信号，并将其转换为电信号。
光电传感器的灵敏度和分辨率决定了光栅尺的精度。
4. 信号处理接收到的电信号经过放大和滤波处理，然后转换为数字信号。
数字信号可以通过计算机或者其他设备进行进一步处理和分析。
5. 位置测量通过比较光栅尺上的光信号变化，可以确定被测量物体的位置或者运动。
光栅尺可以测量线性位移、角度、速度等。
三、光栅尺的优势和应用领域1. 高精度和高分辨率：光栅尺的创造工艺和读取头的灵敏度决定了其高精度和高分辨率，通常可以达到亚微米级别的测量精度。
2. 高稳定性和重复性：光栅尺具有良好的稳定性和重复性，可以长期稳定地工作，适合于精密加工和测量领域。
3. 宽测量范围：光栅尺可以测量从几微米到几米的长度范围，适合于不同尺寸的物体测量。
4. 广泛应用：光栅尺广泛应用于机床、自动化设备、半导体创造、精密仪器等领域，用于测量和控制位置、长度和角度等参数。
总结：光栅尺是一种精密测量仪器，通过测量光栅线条上的光信号变化来确定被测量物体的位置或者运动。
它具有高精度、高分辨率、高稳定性和重复性等优势，并广泛应用于机械加工、自动化设备、半导体创造等领域。
光栅尺工作原理
光栅尺工作原理光栅尺是一种常用的测量设备，用于测量物体的位置和运动。
它基于光学原理，利用光的干涉和衍射来实现高精度的测量。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
1. 光栅尺的基本结构光栅尺由一个光栅和一个读取头组成。
光栅是由许多平行的刻痕组成，刻痕之间的间距非常小，通常在几微米到几十微米之间。
读取头包含一个光源和一个光电探测器。
2. 光栅尺的工作原理光栅尺的工作原理基于光的干涉和衍射现象。
当光栅尺上的光源照射到光栅上时，光栅会将光分成多个光束，并形成干涉条纹。
这些干涉条纹会被反射回读取头的光电探测器上。
3. 光栅尺的干涉原理光栅尺的干涉原理是利用光的波动性和干涉现象。
当光通过光栅时，光束会被分成多个光束，这些光束之间会发生干涉。
干涉条纹的形成是由于光栅上的刻痕间距非常小，光经过光栅后会发生相位差，从而形成干涉条纹。
4. 光栅尺的衍射原理光栅尺的衍射原理是利用光的波动性和衍射现象。
当光通过光栅时，光束会发生衍射，形成多个衍射波。
这些衍射波会相互干涉，形成干涉条纹。
通过测量干涉条纹的变化，可以确定物体的位置和运动。
5. 光栅尺的测量原理光栅尺通过测量干涉条纹的变化来实现对物体位置和运动的测量。
当物体移动时，光栅尺上的干涉条纹会发生移动和变化。
读取头中的光电探测器会检测到这些变化，并将其转换为电信号。
通过分析电信号的变化，可以确定物体的位置和运动。
6. 光栅尺的精度和分辨率光栅尺的精度和分辨率取决于光栅的刻痕间距和读取头的灵敏度。
刻痕间距越小，光栅尺的精度和分辨率越高。
读取头的灵敏度越高，对干涉条纹的变化越敏感，从而提高了测量的精度和分辨率。
总结：光栅尺是一种基于光学原理的测量设备，利用光的干涉和衍射现象来实现高精度的测量。
通过测量干涉条纹的变化，可以确定物体的位置和运动。
光栅尺具有高精度和分辨率的特点，广泛应用于各种需要精确测量的领域，如机械加工、自动化控制等。
简述光栅尺工作原理及应用
简述光栅尺工作原理及应用光栅尺是一种精密测量仪器，常用于机床、测量仪器等精密加工和检测系统中。
其工作原理基于光学原理和电子技术原理，利用光栅条纹和光电检测器之间的相互作用来实现长度、角度等物理量的测量。
本文将对光栅尺的工作原理和应用进行详细介绍。
一、光栅尺的工作原理光栅尺的基本构成是光栅条纹和光电检测器，其中光栅是由一系列平行的条纹组成的线性光栅，条纹的宽度和间距非常小，精度可达到亚微米级别。
光电检测器则是光电二极管或双晶电子扫描器等电子元器件，能够将光信号转化为电信号。
光栅尺通过将光源、光栅和光电检测器组合在一起，实现对长度、角度等物理量的非接触式测量。
光栅尺的工作原理可以分为三个过程：1、光栅的发光和透射：光栅的条纹宽度和间距非常小，通常在几十或者几百微米范围内，人眼无法看到。
当光源照射到光栅上时，光栅的条纹会发生透射和反射，形成特定的光学线条。
2、光学信号的检测：光电检测器可以将光学信号转化为电学信号，其中包含光栅条纹的信息。
在实际应用中，光电检测器可以采用光电二极管、双晶电子扫描器等元件。
当光学信号入射到光电检测器上时，会产生电流，电流强度与光学信号的亮度成正比。
3、信号处理和计量：将光栅尺检测到的电信号转化为数值信号，可以通过A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号进行记录和处理。
最终，数值信号经过处理得到物理量的数值输出。
除了基本的线性光栅，还有二维、三维光栅尺，其原理和线性光栅类似，不同点在于二维和三维光栅尺可以测量物体的超出线性运动轨迹的角度和形状等复杂运动规律。
二、光栅尺的应用光栅尺广泛应用于精密加工和检测系统中，如机床、精密仪器和制造业等多个领域。
光栅尺的应用主要有以下几个方面：1、长度测量：光栅尺可以测量物体的线性运动轨迹长度，其精度可达到亚微米级别。
光栅尺广泛应用于机床、加工中心、激光加工机等多个领域，能够测量工件、刀具和加工台等物体的长度和移动轨迹。
2、角度测量：光栅尺还可以测量物体的角度，其精度可达到亚角秒级别。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种用于测量物体位置和运动的精密测量仪器。
它利用光的干涉原理来实现高精度的测量。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
一、光栅尺的基本结构光栅尺由光栅条和读取头组成。
光栅条是由一系列等距的透明条纹和不透明条纹组成的，这些条纹被刻在一个透明的基底上。
读取头包含一个光源和一个光电探测器。
二、光栅尺的测量原理1. 光栅尺的工作过程光栅尺通过光栅条上的透明和不透明条纹来产生干涉。
当光源照射到光栅条上时，透明条纹和不透明条纹会形成一系列的亮暗交替的光斑。
这些光斑经过透射后，被读取头中的光电探测器接收。
2. 干涉原理光栅尺利用光的干涉原理来测量物体的位置和运动。
当光通过光栅条时，光的波长与光栅条的周期相比，会产生干涉现象。
根据干涉现象的性质，可以测量出物体的位置和运动。
3. 光栅尺的测量精度光栅尺的测量精度取决于光栅条的周期和读取头的分辨率。
光栅条的周期越小，测量精度越高。
而读取头的分辨率越高，测量精度也越高。
三、光栅尺的工作过程1. 光源发出的光线经过透明条纹和不透明条纹的交替干涉后，形成一系列的亮暗交替的光斑。
2. 这些光斑经过透射后，被读取头中的光电探测器接收。
光电探测器将光信号转换为电信号。
3. 读取头将电信号传输给测量系统，测量系统通过对电信号进行处理，可以得到物体的位置和运动信息。
四、光栅尺的应用领域光栅尺广泛应用于各种精密测量领域，如机械加工、半导体制造、精密仪器等。
它具有测量精度高、稳定性好、抗干扰能力强等特点。
五、光栅尺的优缺点1. 优点：- 高精度：光栅尺具有非常高的测量精度，可以达到亚微米甚至纳米级别的精度。
- 高稳定性：光栅尺在测量过程中具有很好的稳定性，不受温度和湿度的影响。
- 高分辨率：光栅尺的读取头具有很高的分辨率，可以实现精确的位置和运动测量。
2. 缺点：- 昂贵：光栅尺的制造成本较高，因此价格相对较高。
- 对环境要求高：光栅尺对环境的要求较高，需要在洁净、稳定的环境下使用。
光栅尺的工作原理和应用
光栅尺的工作原理和应用1. 简介光栅尺是一种测量长度和位置的装置，它利用光学的原理来实现非接触式测量。
光栅尺由光栅、读头和信号处理电路组成，广泛应用于机械加工、精密仪器、半导体制造等领域。
2. 工作原理光栅尺的基本工作原理是：利用光栅的周期性排列结构，通过光学测量的方式来测量位移或长度。
2.1 光栅光栅是由一系列等距的刻线组成的透明玻璃或光学划线，通常有平行的透明和不透明部分。
光栅的刻线间距称为“栅距”，栅距决定了光栅尺的测量精度。
2.2 读头读头是光栅尺的另一个重要组成部分，它通过接收光栅尺发出的光信号，并将其转化为电信号。
2.3 信号处理电路信号处理电路负责处理由读头接收到的电信号，将其转化为有用的测量值，并进行相应的校准和误差补偿。
3. 应用光栅尺具有高精度、高可靠性、高稳定性等优点，因此在许多领域得到了广泛的应用。
3.1 机械加工在机械加工中，光栅尺可用于测量机床的位置和运动轨迹，实现精密的加工控制。
例如，在数控机床上，通过光栅尺精确测量工件的位置，可以实现高精度的切削操作。
3.2 精密仪器在精密仪器领域，光栅尺常用于测量仪器的移动和位置。
通过光栅尺进行测量，可以实现微米级别的精度。
3.3 半导体制造在半导体制造中，光栅尺被广泛应用于曝光机、划片机等设备中，以测量和控制设备的运动轨迹和位置，保证制造过程的精度和稳定性。
3.4 其他应用除了上述应用领域，光栅尺还可以应用于光学仪器、医疗设备、航空航天等领域。
光栅尺的高精度和非接触式测量特性使其适用于需要高精度测量的各种场合。
4. 总结光栅尺通过利用光学原理实现了非接触式的测量，具有高精度、高可靠性和高稳定性等优点。
在机械加工、精密仪器、半导体制造等领域具有广泛应用。
随着科技的不断进步，光栅尺的应用领域将进一步扩大，为各个行业提供更准确、更稳定的测量和控制手段。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种精密测量设备，常用于工业自动化、数控机床、精密仪器等领域，用于测量物体的位置、位移和速度。
它通过光学原理和信号处理技术实现高精度的测量。
一、光栅尺的构成光栅尺主要由光栅尺头和读数装置两部分组成。
1. 光栅尺头：光栅尺头是光栅尺的核心部件，通常由光栅尺尺带、光栅尺尺头和光电检测器组成。
光栅尺尺带是一种具有高精度刻线的玻璃或金属尺带，上面刻有均匀分布的光栅。
光栅尺尺头是安装在被测物体上的传感器，用于接收光栅尺尺带上的光信号。
光电检测器是将光信号转换为电信号的装置。
2. 读数装置：读数装置主要由信号处理器和显示装置组成。
信号处理器负责接收光电检测器输出的电信号，并进行放大、滤波和数字化处理。
显示装置用于显示测量结果，通常为数码显示屏。
二、光栅尺的工作原理基于光学干涉和光电转换技术。
1. 光学干涉原理：光栅尺尺带上的光栅是由一系列等间距的透明和不透明条纹组成。
当光线照射到光栅上时，透明和不透明条纹会引起光的干涉现象。
通过测量干涉条纹的位移，可以确定被测物体的位置或位移。
2. 光电转换原理：光栅尺头中的光电检测器会将光信号转换为电信号。
当光线经过光栅尺头时，透过光栅的光线会被光电检测器接收并转换为电信号。
根据光信号的强弱，可以确定光栅尺头与光栅尺尺带之间的相对位置。
三、光栅尺的测量方式光栅尺可以采用增量式测量和绝对式测量两种方式。
1. 增量式测量：增量式测量是基于光栅尺头相对于光栅尺尺带的位移进行测量。
在增量式测量中，光栅尺头与光栅尺尺带之间的位移会引起光信号的变化，通过测量光信号的变化，可以计算出被测物体的位移或位置。
2. 绝对式测量：绝对式测量是基于光栅尺头与光栅尺尺带之间的绝对位置进行测量。
在绝对式测量中，光栅尺头上的光电检测器会接收到一个特定的参考信号，通过测量参考信号与光信号的相位差，可以确定光栅尺头的绝对位置。
四、光栅尺的优势和应用光栅尺具有以下优势：1. 高精度：光栅尺的光学干涉原理和光电转换技术使其具有高精度的测量能力，可以实现亚微米级的测量精度。
光栅尺工作原理
光栅尺工作原理光栅尺是一种精密测量仪器，广泛应用于机械加工、自动化控制等领域。
它通过测量光栅尺上的光栅条纹来确定位置和位移，具有高精度、高分辨率和稳定性的特点。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
一、光栅尺的基本结构光栅尺主要由光栅条纹、读头和信号处理电路组成。
光栅条纹是由一系列等距的透明条纹和不透明条纹组成，它们交替排列在光栅尺的刻线上。
读头是由光电二极管和检测电路组成，用于接收光栅条纹的光信号并将其转换为电信号。
信号处理电路负责对读头输出的电信号进行放大、滤波和数字化处理。
二、光栅尺的工作原理1. 光栅尺的发射原理光栅尺的读头发射一束平行光，这束光通过光栅条纹时，会发生光的衍射现象。
根据光的波动性质，光栅条纹上的透明和不透明条纹会改变光的相位，形成一系列相位差，进而形成衍射光栅。
2. 光栅尺的接收原理光栅尺的读头接收经过光栅条纹衍射后的光信号。
光电二极管将光信号转化为电信号，并通过检测电路进行放大和滤波，最终输出为模拟电压信号。
3. 光栅尺的信号处理原理光栅尺的信号处理电路对读头输出的模拟电压信号进行放大、滤波和数字化处理。
放大电路将模拟电压信号放大到合适的幅度，以便后续处理。
滤波电路则通过滤波器去除噪声和干扰，保证信号的准确性。
数字化处理电路将模拟电压信号转换为数字信号，以便后续的计算和控制。
4. 光栅尺的位置和位移测量原理光栅尺的光栅条纹上的透明和不透明条纹之间的间距是固定的，称为光栅周期。
通过测量光栅条纹上的光信号，可以确定位置和位移。
光栅尺的读头将光信号转化为电信号后，信号处理电路会对电信号进行处理，得到一个与位置和位移相关的数字量。
5. 光栅尺的分辨率和精度光栅尺的分辨率是指能够测量的最小位移量，通常以每个光栅周期内的光信号变化次数来表示。
光栅尺的精度是指测量结果与实际值之间的偏差，受到光栅尺本身和读头的精度、温度变化等因素的影响。
三、光栅尺的应用领域光栅尺广泛应用于机械加工、自动化控制和精密测量等领域。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种精密测量设备，常用于工业领域中的长度测量。
它通过利用光的干涉原理来实现高精度的测量。
下面将详细介绍光栅尺的工作原理。
1. 光栅尺的基本结构光栅尺由一条细长的刻有光栅的标尺和一个读取头组成。
标尺上的光栅是由一系列等距的透明和不透明条纹组成，形成了一种规则的光学结构。
读取头中包含光源和光电二极管。
2. 光栅尺的工作原理光栅尺基于光的干涉原理来进行测量。
当光源照射到光栅上时，透明和不透明的条纹会产生干涉现象。
通过读取头中的光电二极管可以检测到干涉光的强度变化。
3. 光栅尺的工作过程当测量对象移动时，光栅尺上的光栅也会相应地移动。
读取头中的光电二极管会感知到干涉光的强度变化，并将其转换为电信号。
电信号经过处理后，可以得到与测量对象移动距离相关的数据。
4. 光栅尺的精度和分辨率光栅尺的精度和分辨率是衡量其性能的重要指标。
精度指的是测量结果与实际值之间的偏差，而分辨率是指能够区分的最小位移量。
通常情况下，光栅尺的精度可以达到亚微米级别，而分辨率可以达到纳米级别。
5. 光栅尺的应用领域由于其高精度和稳定性，光栅尺被广泛应用于各个领域，包括机械加工、半导体制造、精密测量等。
在机械加工中，光栅尺可以用于测量机床的移动距离，保证加工的精度。
在半导体制造中，光栅尺可以用于对芯片尺寸的测量。
在精密测量中，光栅尺可以用于测量物体的长度、角度等。
6. 光栅尺的优势和局限性光栅尺相比其他测量方法具有一些优势，如高精度、非接触式测量、稳定性好等。
然而，光栅尺也存在一些局限性，如对环境光的敏感性较高、受到震动和温度变化的影响等。
总结：光栅尺是一种基于光的干涉原理的精密测量设备，通过利用光栅的干涉现象来实现高精度的测量。
它的工作原理简单明了，通过读取头中的光电二极管感知干涉光的强度变化，并将其转换为电信号，从而得到与测量对象移动距离相关的数据。
光栅尺具有高精度和分辨率，并被广泛应用于机械加工、半导体制造和精密测量等领域。
光栅尺的工作原理
光栅尺的工作原理光栅尺是一种精密测量仪器，常用于工业自动化控制系统中的位移测量。
它通过光学原理来测量物体的位移，并将其转化为电信号输出，以供控制系统进行处理。
一、光栅尺的基本结构光栅尺主要由光栅尺头和读数头两部分组成。
光栅尺头包括光栅尺尺身和光栅尺标尺，光栅尺标尺上刻有一系列等距的光栅线。
读数头包括光源、光电二极管和信号处理电路等组件。
二、光栅尺的工作原理1. 光栅尺的工作原理基于光学干涉现象。
当光线通过光栅尺标尺时，会发生光的衍射和干涉现象。
光栅尺标尺上的光栅线间距非常小，当光线通过光栅线时，会发生干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹。
2. 光栅尺头中的光源会发出一束平行光线，经过透镜聚焦后照射到光栅尺标尺上。
光栅尺标尺上的光栅线会将光线分成多个光斑，光斑经过物体表面的反射或透射后，再次通过光栅尺标尺。
3. 光电二极管接收到经过光栅尺标尺反射或透射后的光斑，并将光斑转化为电信号。
光电二极管的输出信号经过信号处理电路进行放大和滤波处理，最终转化为数字信号输出给控制系统。
4. 接收到数字信号的控制系统可以根据信号的变化来计算物体的位移。
通过对光栅尺标尺上的光栅线进行计数，可以得到物体相对于光栅尺的位移量。
三、光栅尺的优势和应用领域1. 高精度：光栅尺能够实现非常高的测量精度，一般可达到亚微米级别。
这使得光栅尺在需要高精度位移测量的领域中得到广泛应用，如机床、半导体制造等。
2. 高分辨率：光栅尺的标尺上刻有大量的光栅线，可以提供非常高的分辨率。
这使得光栅尺能够实现对微小位移的测量，适用于需要高分辨率的应用场景，如光刻机、精密仪器等。
3. 高稳定性：光栅尺的光学测量原理使其对温度、湿度等环境因素的影响较小，具有较高的稳定性和可靠性。
4. 广泛应用：光栅尺广泛应用于各个领域的位移测量中，包括机械制造、电子设备、医疗器械等。
总结：光栅尺通过光学原理实现对物体位移的测量，具有高精度、高分辨率和高稳定性等优势。
它在工业自动化控制系统中的位移测量中得到广泛应用，并在各个领域发挥着重要作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光栅尺工作原理及详细介绍光栅：光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。
在平面上展示栩栩如生的立体世界，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。
光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。
如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。
光栅尺：其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运动的误差的补偿作用，其实就象人眼睛看到我切割偏没偏的作用，然后可以给手起到一个是否要调整我是否要改变用力的标准。
【相当于眼睛】一、引言目前在精密机加工和数控机库中采用的精密位称数控系统框图。
随着电子技术和单片机技术的发展，光栅传感器在位移测量系统得到广泛应用，并逐步向智能化方向转化。
利用光栅传感器构成的位移量自动测量系统原理示意图。
该系统采用光栅移动产生的莫尔条纹与电子电路以及单片机相结合来完成对位移量的自动测量，它具有判别光栅移动方向、预置初值、实现自动定位控制及过限报警、自检和掉电保护以及温度误差修正等功能。
下面对该系统的工作原理及设计思想作以下介绍。
二、电子细分与判向电路光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。
目前高分辨率的光栅尺一般造价较贵，且制造困难。
为了提高系统分辨率，需要对莫尔条纹进行细分，本系统采用了电子细分方法。
当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。
这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量，同量莫尔条纹又具有光学放大作用，其放大倍数为：(1) 式中：W为莫尔条纹宽度；d为光栅栅距（节距）；θ为两块光栅的夹角，rad在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与羊向功能。
本系统采用的光栅尺栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲，这在一般工业测控中已达到了很高精度。
由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。
为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，我们采用了由低漂移运放构成的差分放大器。
由4个滏电器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波，经由两个与或非门74LS54芯片组成的四细分判向电路输入可逆计数器，最后送入由8031组成的单片机系统中进行处理。
三、单片机与接口电路为实现可逆计数和提高测量速度，系统采用了193可逆计数器。
假设工作平台运行速度为v，光栅传感器栅距为d，细分数为N，则计数脉冲的频率为：(2) 若v=1m/s,d=20μm,N=20，则f=1MHz，对应计数时间间隔为1，显然对于8031单片机系统的响应为2μs是不能胜任的。
经可逆计数器分频后，可大大地提高测量速度。
由于193是4位二进制输出，为与单片机接口，把两片193采用了级联的方式，这样最多可计255个脉冲，若再来脉冲，进位端或借位端将输出一个脉冲送到单片机T0、T1端计数，保证送到8031的信号不丢失。
本系统长度最大可测几米（由光栅实际长度决定），最小分辨率为μm级，需要7个显示数据。
正向运行时不显示符号，反向运行时需显示"-"号，所以连同符号位，共需8个显示块。
为了符全人们应用习惯，显示块选用共阴极LED。
为实现测量系统的智能化，设置了一个2×8方式键盘矩阵，其中包括0～9共10个数字键和6个功能键：L/A长度/角度转称功能键；+/-符号转换功能键；ΔT温度误差修正功能键；EXE执行键；ENT预置键CE（清零键）。
键盘、显示器与单片机之间通过一个接口芯片8155来连接。
其中，8155的PA口设置辚基本输出方式，作为8位LED显示的段码线；PB口设为输出方式，作为8位LED的位选线；PC口设为输入方式，作为键盘的行扫描线。
PB口侠选线每次选通1位显示，每次显示1ms，由于人眼视觉惰性，可产生8位显示块同时显示现象。
由于从前置电路74LS54出来的脉冲经过2片193分频后，直接进入8031的仅为大于255的"大"数，而小于255的"小"数是由两片193输出通过I/O接口输入到8031内部处理，这个I/O接口芯片是通过扩展一片8255实现的。
其中，8255PB口设为基本输入方式，PB0-PB3作为1#193输入，PB4～PB7作为2#193输入。
PA口、PC口的低位设为输出，作为系统并行BCD码输出。
由于8031单片机无内ROM，应外扩展一片2732（4k EPROM）。
只用PSEN片选，不必增加地址译码。
为锁存8031P0口输入的地址信号，在8031和2732之间需加一片74LS373地址锁存器。
四、软件设计根据硬件电路和系统功能要求，我们设计了软件程序，由于采用了温度误差修正子程序，可使检测的精度得到大大提高。
光栅传感器是光机电一体化结构，光栅尺是由玻璃制做，外壳是由型铝材料。
当环境温度变化时，必然会引起结构尺寸改变导致光栅栅距的变化，带来检测误差。
设定环境温度为20℃时为检测标准值，与标准值比较测出温度变化时带来的位移误差值，即时测出位移误差一温度特殊性性曲线，由特性曲线拟合出误差一温度方程式，作为软件温度误差修正的基础。
本系统软件采用模块化结构，软件编制简洁，紧凑合理。
五、结论根据上述硬件电路和软件设计，经实验测试，系统的测精度可优于±5μm，目前，我们研制的利用光栅传感器进行长度、角度自动测量的智能仪表已形成系列产品，分辨率可从20μm到1μm，具有性能稳定、抗干扰能力强、体积小、结构紧凑、成本低等优点，已成功地应用于机库改造和相关的光电尺寸与位置检测系统中。
【光栅尺位移传感器的介绍】一、位移传感器基本原理光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。
经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90°的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
二、位移传感器安装方式光栅线位移传感器的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位。
一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。
其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。
如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。
另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如滑板）。
1、位移传感器安装基面安装光栅线位移传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。
光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。
用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。
千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。
如果不能达到这个要求，则需设计加工一件光栅尺基座。
基座要求做到：①应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座（最好基座长出光栅尺50mm左右）。
②该基座通过铣、磨工序加工，保证其平面平行度0.1mm/1000mm 以内。
另外，还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。
读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。
安装时，调整读数头位置，达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右，读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右。
2、位移传感器主尺安装将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上，但不要上紧，把千分表固定在床身上，移动工作台（主尺与工作台同时移动）。
用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度，调整主尺M4螺钉位置，使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时，把M2螺钉彻底上紧。
在安装光栅主尺时，应注意如下三点：（1）在装主尺时，如安装超过1.5M以上的光栅时，不能象桥梁式只安装两端头，尚需在整个主尺尺身中有支撑。
（2）在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。
（3）不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基尺与主尺固定好。
3、位移传感器读数头的安装在安装读数头时，首先应保证读数头的基面达到安装要求，然后再安装读数头，其安装方法与主尺相似。
最后调整读数头，使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内，其读数头与主尺的间隙控制在1~1.5mm以内。
4、位移传感器限位装置光栅线位移传感器全部安装完以后，一定要在机床导轨上安装限位装置，以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端，从而损坏光栅尺。
另外，用户在选购光栅线位移传感器时，应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺，以留有余量。
5、位移传感器检查光栅线位移传感器安装完毕后，可接通数显表，移动工作台，观察数显表计数是否正常。
在机床上选取一个参考位置，来回移动工作点至该选取的位置。
数显表读数应相同（或回零）。
另外也可使用千分表（或百分表），使千分表与数显表同时调至零（或记忆起始数据），往返多次后回到初始位置，观察数显表与千分表的数据是否一致。
通过以上工作，光栅传感器的安装就完成了。
但对于一般的机床加工环境来讲，铁屑、切削液及油污较多。
因此，光栅传感器应附带加装护罩，护罩的设计是按照光栅传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，护罩通常采用橡皮密封，使其具备一定的防水防油能力。
三、位移传感器使用注意事项（1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。
（2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。
（3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。
（4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。
（5）为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。
（6）光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。
（7）不要自行拆开光栅传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。