传感器与自动检测技术演示教程第13章 数字式传感器

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第 13 章 数字式传感器
13.1 光栅传感器
13.2 编码器
13.1 光 栅 传 感 器
13.1.1 光栅的结构及工作原理
1. 光栅结构
在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布
的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅，图 13-1 为透射光栅
的示意图。图中 a为栅线的宽度（不透光）， b为栅线间宽
（透光）， a+b=W 称为光栅的栅距（也称光栅常数）。通常 a
=b=W/2 ，也可刻成 a∶b=1.1 0.9∶ 。目前常用的光栅每毫米刻
成10 、25 、50 、 100 、250 条线条。
图13 – 1 透射光栅示意图
a b
W
2. 光栅测量原理
把两块栅距相等的光栅（光栅 1、光栅 2）面向对叠
合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一
个很小的夹角 θ，如图 13-2 所示，这样就可以看到在近于垂直
栅线方向上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。由图
13 - 2 可见，在 d - d 线上，两块光栅的栅线重合，透光面积最
大， 形成条纹的亮带， 它是由一系列四棱形图案构成的；在 f
- f 线上，两块光栅的栅线错开，形成条纹的暗带，它是由一些
黑色叉线图案组成的。因此莫尔条纹的形成是由两块光栅的遮
光和透光效应形成的。
d
f
d
f
d
¹âÕ¤2
¹âÕ¤1
d
f
d
f
d
W
B
H
图13-2 光栅莫尔条纹的形式
莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点。
(1) 位移的放大作用 当光栅每移动一个光栅栅距 W时，
莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度 BH，如果光栅作反向移动，
条纹移动方向也相反。莫尔条纹的间距 BH与两光栅线纹夹角 θ
之间的关系为
WW
B
H
2
sin
（13 - 1 ）
θ越小， BH越大，这相当于把栅距 W放大了 1/θ倍。例如 θ
=0.1° ，则 1/θ≈573 ，即莫尔条纹宽度 BH是栅距 W的573 倍，
这相当于把栅距放大了 573 倍，说明光栅具有位移放大作用，
从而提高了测量的灵敏度。
（ 2） 莫尔条纹移动方向 如光栅 1沿着刻线垂直方
向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅 2的栅线向上移动；反之，
当光栅 1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅 2的栅线向下移动。
因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅 1的运动进行辨向。
(3) 误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成，
对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周
期误差的影响。
摘要：

第13章数字式传感器13.1光栅传感器13.2编码器13.1光栅传感器13.1.1光栅的结构及工作原理1.光栅结构在镀膜玻璃上均匀刻制许多有明暗相间、等间距分布的细小条纹（又称为刻线），这就是光栅，图13-1为透射光栅的示意图。图中a为栅线的宽度（不透光），b为栅线间宽（透光），a+b=W称为光栅的栅距（也称光栅常数）。通常a=b=W/2，也可刻成a∶b=1.10.9∶。目前常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条线条。图13–1透射光栅示意图abW2.光栅测量原理把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅2）面向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角θ...

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