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- 2019-09-27-

普通光栅的工作原理是基于物理学中莫尔条纹的形成原理。当两个光栅尺放置在指示器光栅上的线和标尺光栅上的线之间的角度时,两个光栅尺上的线必然相互交叉。在光源的照射下,由于黑线的重叠,交叉点附近区域的阴影面积最小,遮光效果最弱。光的积累使这个区域出现明亮的带状。相反,在离交叉点较远的区域,由于两光栅尺不透明黑线的重叠部分越来越少,不透明区域的面积逐渐变大,即阴影区域逐渐变大,从而使遮光效果更强。只有少量的光可以通过光栅穿过这个区域,使这个区域出现暗带。这些线几乎垂直于光栅,亮带和暗带是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下特性:


(1)当光栅被平行光束照射时,莫尔条纹的强度分布近似为余弦函数。


(2)如果W是莫尔条纹的宽度,则D是光栅之间的间距,而Th是两个光栅之间的夹角,那么当角度很小时,它们之间的几何关系是W-D/SIN,上述公式可以近似写为W= d/Th。


若取d=0.01mm,θ=0.01rad,则由上式可得W=1mm。这说明,无需复杂的光学系统和电子系统,利用光的干涉现象,就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。这种放大作用是光栅的一个重要特点。




(3)由于莫尔条纹是由多条光栅线的干涉形成的,所以莫尔条纹对光栅各条线之间的栅距误差有平均影响,可以消除光栅栅距不均的影响。

(4)莫尔条纹的运动对应于两个光栅之间的相对运动。当两个光栅移动一个光栅距离D时,莫尔条纹将移动一个莫尔条纹宽度W,其方向与两个光栅的方向垂直,当两个光栅的方向改变时,莫尔条纹的方向也将改变。




根据莫尔条纹的上述特性,如果在莫尔条纹运动方向上打开4个窗口a、B、C、D,使两个窗口之间的莫尔条纹宽度相差1/4即w/4,可以看出当两个光栅标度相对运动时,莫尔条纹会相应地移动。从4个观察窗口A、B、C、D依次得到4个超前或滞后相位(根据相位的变化,1/4个周期的光强度的变化过程(即π/2)是两个光栅尺的相对运动方向,即近似余弦函数,由Fig. 4-9(C)表示。如果使用感光元件进行检测,则感光元件将通过观察窗的光强变化转换成相应的电压信号,该电压信号被设置为。根据这四个电压信号,可以检测光栅尺的相对运动。





1,位移大小的检测



由于莫尔条纹的运动与两光栅尺之间的相对运动相对应,因此可以通过检测四个电压信号的变化来检测两光栅尺之间的相对运动。每一个变化周期,即莫尔条纹的每一个变化周期,都表示两个光栅尺相对移动一个网格距离;如果两个光栅尺之间的相对移动小于一个网格距离,因为它是余弦函数,也可以根据该值计算相对移动距离。



2,位移方向的检测



如果刻度光栅固定,则表示光栅正向移动。此时,莫尔条纹相应地向下移动。通过观察窗a和B,将光敏元件检测到的光强变化过程和相应的电压信号求和输出。在这种情况下,延迟相位为/2;否则,如果刻度光栅固定,则表示光栅在负方向移动,此时,莫尔条纹相应地向上移动。通过观察窗a和B,将光敏元件检测到的光强变化过程和相应的电压信号求和输出。在这种情况下,领先阶段是/2。因此,根据两个信号之间的超前和滞后关系,可以确定两个光栅尺之间的相对运动方向。



3,旋转和角度编码器



旋转和角度编码器利用衍射光通过玻璃光栅板,然后通过光电转换产生电信号。网格距离由每转的线数决定




工作原理:直线光栅尺和旋转编码器均根据相对运动原理产生光信号。这些信号用于检测经过光电器件转换和处理后的机械器件的位移。




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