光栅传感器原理与应用：透射式光栅解析

"透射式光栅是一种基于光的衍射和透射现象的测量工具，常用于位置测量。光栅分为透射式和反射式，包括长光栅和圆光栅，其工作原理依赖于莫尔条纹的形成和移动，能够实现绝对式或增量式测量。" 在光学测量领域，透射式光栅是一种重要的技术，主要用于精确的位置测量。光栅由大量等宽等间距的平行狭缝组成，这些狭缝被称为光栅刻线，其栅距（或光栅常数）定义为相邻两条刻线之间的距离。透射式光栅利用光通过光栅后产生的衍射效应来获取位移信息。 位置测量方法通常分为直接测量和间接测量。直接测量是指传感器测量的目标即为实际被测量对象，而间接测量则是通过测量某个中间值，经过计算推算出实际的直线位移。在光栅传感器中，绝对式测量能提供每个被测点对应的唯一编码，即使电源中断后也能读取当前位置。相对地，增量式测量仅提供位移的增量，每次移动一个基本长度单位，传感器就会发出一个测量信号。 光栅传感器主要由透射式或反射式的光栅尺、扫描头、光电元件和光源组成。尺身上有光栅刻线，而扫描头包含光电元件，用于检测因光栅移动产生的莫尔条纹变化。莫尔条纹是两个光栅相对移动时，由于刻线的干涉形成的宽广且明暗相间的条纹图案。这些条纹具有显著的放大效果，可以显著地减小光栅刻线不均匀造成的测量误差。 莫尔条纹的特性包括：1) 它们由大量刻线共同形成，能平均光栅刻线的不规则性；2) 当光栅沿垂直于刻线的方向移动时，莫尔条纹沿刻线方向移动，光栅反向移动，莫尔条纹也反向移动；3) 莫尔条纹间距与光栅刻线夹角有关，可随角度变化；4) 莫尔条纹的数量对应于光栅移动的刻线条数，因此可以用来确定精确的位移量。 透射式光栅在工业自动化、精密机械、仪器仪表等领域广泛应用，例如在数控机床、机器人定位、半导体设备等中，作为高精度的位移测量工具。通过分析莫尔条纹的移动，可以实现微小位移的准确检测，从而确保设备的高精度运行。同时，透射式圆光栅则是针对圆形运动轨迹设计的，适用于旋转轴的位置测量。透射式光栅以其独特的原理和优势，成为了现代测量技术中的关键组件。