光栅的基本工作原理

1.莫尔条纹
光栅是利用莫尔条纹现象来进行测量的。所谓莫尔(Moire)，法文的原意是水面上产生的波纹。莫尔条纹是指两块光栅叠合时，出现光的明暗相间的条纹，从光学原理来讲，如果光栅栅距与光的波长相比较是很大的话，就可以按几何光学原理来进行分析。图1所示为两块栅距相等的光栅叠合在一起，并使它们的刻线之间的夹角为θ时，这时光栅上就会出现若干条明暗相间的条纹，这就是莫尔条纹。

图1 等栅距形成的莫尔条纹(θ≠0)
x-光栅移动方向 y-莫尔条纹移动方向

2.辨向原理
在实际应用中，被测物体的移动方向往往不是固定的。无论主光栅向前或向后移动，在一固定点观察时，莫尔条纹都是作明暗交替变化。因此，只根据一条莫尔条纹信号，就无法判别光栅移动方向，也就不能正确测量往复移动时的位移。为了辨向，需要两个一定相位差的莫尔条纹信号。

3.细分技术
当光栅相对移动一个栅距W，则莫尔条纹移过一个间距B，与门输出一个计数脉冲。这样其分辨率为W。为了能分辨比W更小的位移量，就必须对电路进行处理，使之能在移动一个W内等间距地输出若干个计数脉冲，这种方法就称为细分。由于细分后计数脉冲的频率提高了，故又称为倍频。通常采用的细分方法有四倍频细分、电桥细分、复合细分等。

4.光栅数显装置
光栅数显装置的结构示意图和电路原理框图如图2所示。在实际应用中对于不带微处理器的光栅数显装置，完成有关功能的电路往往由一些大规模集成电路(LSI)芯片来实现，下面简要介绍国产光栅数显装置的LSI芯片对应完成的功能。这套芯片共分三片，另外再配两片驱动器和少量的电阻、电容，即可组成一台光栅数显表。