计量光栅

计量光栅

计量光栅（又称光栅位移传感器）是一种利用光栅的莫尔条纹现象进行高精度位移测量的传感器。它以线位移和角位移为基本测试内容，广泛应用于高精度加工机床、光学坐标镗床、制造大规模集成电路的设备及检测仪器等。

分类

• 按应用范围：透射光栅、反射光栅
• 按用途：长光栅（测量线位移）、圆光栅（测量角位移）
• 按表面结构：幅值（黑白）光栅、相位（闪耀）光栅

工作原理

计量光栅基于莫尔条纹现象工作。两块具有相同栅线宽度和栅距的长光栅叠合，中间留有很小间隙，并使栅线之间形成一个小夹角θ，则在大致垂直于栅线的方向上出现明暗相间的莫尔条纹。光栅每移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个间距B_H。

核心特点

1. 位移放大作用：莫尔条纹间距B_H ≈ W/θ，θ越小放大倍数越大，提高了测量灵敏度。
2. 误差平均效应：光电元件接收的是大量刻线的总光能量，个别刻线误差被平均化，整体误差Δ = ±δ₀/√n。
3. 非接触式动态测量：适合非接触式动态测量，测量精度高，分辨力强（长光栅0.05μm，圆光栅0.1″）。

组成

计量光栅由光电转换装置（光栅读数头）和光栅数显表两部分组成。光电转换装置主要包括主光栅、指示光栅、光路系统和光电元件。

信号输出

光电元件将莫尔条纹的光强变化转换为电信号，输出电压近似为正弦信号。位移x与检测到的脉冲数p的关系为：x = p/n（n为光栅刻线密度）。