光柵傳(chuan) 感器的結構及工作原理

光柵傳(chuan) 感器的結構均由光源、主光柵、指示光柵、通光孔、光電元件這幾個(ge) 主要部分構成。

1、光源：鎢絲(si) 燈泡，它有較小的功率，與(yu) 光電元件組合使用時，轉換效率低，使用壽命短。半導體(ti) 發光器件，如砷化镓發光二極管，可以在 範圍內(nei) 工作，所發光的峰值波長為(wei) ，與(yu) 矽光敏三極管的峰值波長接近，因此，有很高的轉換效率，也有較快的響應速度。

2、光柵付：由柵距相等的主光柵和指示光柵組成。主光柵和指示光柵相互重疊，但又不完全重合。兩(liang) 者柵線間會(hui) 錯開一個(ge) 很小的夾角 ，以便於(yu) 得到莫爾條紋。一般主光柵是活動的，它可以單獨地移動，也可以隨被測物體(ti) 而移動，其長度取決(jue) 於(yu) 測量範圍。指示光柵相對於(yu) 光電器件而固定。

3、通光孔：通光孔是發光體(ti) 與(yu) 受光體(ti) 的通路，一般為(wei) 條形狀，其長度由受光體(ti) 的排列長度決(jue) 定，寬度由受光體(ti) 的大小決(jue) 定。它是帖在指示光柵板上的。

4、受光元件：受光元件是用來感知主光柵在移動時產(chan) 生莫爾條紋的移動，從(cong) 而測量位移量。在選擇光敏元件時，要考慮靈敏度、響應時間、光譜特性、穩定性、體(ti) 積等因素。

將主光柵與(yu) 標尺光柵重疊放置，兩(liang) 者之間保持很小的間隙，並使兩(liang) 塊光柵的刻線之間有一個(ge) 微小的夾角θ，如圖所示。

當有光源照射時，由於(yu) 擋光效應（對刻線密度≤50條/mm的光柵）或光的衍射作用（對刻線密度≥100條/mm的光柵），與(yu) 光柵刻線大致垂直的方向上形成明暗相間的條紋。

在兩(liang) 光柵的刻線重合處，光從(cong) 縫隙透過，形成亮帶；在兩(liang) 光柵刻線的錯開的地方，形成暗帶；這些明暗相間的條紋稱為(wei) 莫爾條紋。

莫爾條紋的間距與(yu) 柵距W和兩(liang) 光柵刻線的夾角θ（單位為(wei) rad）之間的關(guan) 係為(wei)

（K稱為(wei) 放大倍數）。

當指示光柵不動，主光柵的刻線與(yu) 指示光柵刻線之間始終保持夾角θ，而使主光柵沿刻線的垂直方向作相對移動時，莫爾條紋將沿光柵刻線方向移動；光柵反向移動，莫爾條紋也反向移動。

主光柵每移動一個(ge) 柵距W，莫爾條紋也相應移動一個(ge) 間距S。因此通過測量莫爾條紋的移動，就能測量光柵移動的大小和方向，這要比直接對光柵進行測量容易得多。

當主光柵沿與(yu) 刻線垂直方向移動一個(ge) 柵距W時，莫爾條紋移動一個(ge) 條紋間距。當兩(liang) 個(ge) 光柵刻線夾角θ較小時，由上述公式可知，W一定時，θ愈小，則B愈大，相當於(yu) 把柵距W放大了1/ θ倍。因此，莫爾條紋的放大倍數相當大，可以實現高靈敏度的位移測量。

莫爾條紋是由光柵的許多刻線共同形成的，對刻線誤差具有平均效應，能在很大程度上消除由於(yu) 刻線誤差所引起的局部和短周期誤差影響，可以達到比光柵本身刻線精度更高的測量精度。因此，計量光柵特別適合於(yu) 小位移、高精度位移測量。