光栅尺的三个基本原理

连达精密量仪

光栅尺是一种高精度位移测量装置，广泛应用于数控机床、精密测量仪器等领域。其工作原理基于光学和电子学技术，核心在于通过光栅条纹的变化来检测位移。以下是光栅尺的三个基本原理：

1. 莫尔条纹（Moiré Fringe）原理
光栅尺的核心是利用两块光栅（主光栅和指示光栅）的相对运动产生莫尔条纹。

主光栅：固定在测量基准上，刻有等间距的平行刻线。
指示光栅：与测量对象连接，刻线间距与主光栅相同，但与主光栅成微小夹角。
当两块光栅相对移动时，由于刻线错位，会产生明暗相间的莫尔条纹。条纹的移动方向和位移量与光栅的相对运动成正比。
作用：莫尔条纹将微小的光栅位移放大为宏观的条纹移动，便于检测。
2. 光电转换原理
光栅尺通过光电传感器将莫尔条纹的光信号转换为电信号。

光源：通常采用发光二极管（LED）或激光，照射在光栅上。
光电元件：如光电二极管或光电池，接收透过光栅的光信号。
当莫尔条纹移动时，光电元件接收到的光强呈周期性变化，输出正弦或方波电信号。
作用：将光信号转换为电信号，便于后续处理和计算。
3. 细分与计数原理
光栅尺通过电子细分技术提高分辨率，并通过计数器记录位移。

细分技术：对光电元件输出的电信号进行插值处理，将一个栅距的位移细分为多个脉冲。例如，将每毫米100线的光栅细分到每毫米10000个脉冲，分辨率可达0.1微米。
计数器：记录脉冲数量，结合细分倍数，计算出实际位移。
作用：提高测量精度，实现高分辨率的位移检测。
总结
光栅尺的三个基本原理相互协作，实现了高精度的位移测量：

莫尔条纹原理：通过光栅的相对运动产生放大的条纹信号。
光电转换原理：将光信号转换为电信号。
细分与计数原理：通过电子细分和计数提高分辨率，精确计算位移。
这些原理使得光栅尺在工业自动化、精密加工等领域具有不可替代的作用。