4.2 光栅位移传感器

4.2.1 光栅的概念

由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅。

透射光栅：在透明玻璃上刻制很多条相互平行、等距、等宽的狭缝；

反射光栅：在高反射率的金属上镀上一层金属膜，并在镜面金属膜上刻划一系列平行等宽、等距的刻线。

4.2.2 莫尔条纹

1、概念：将主光栅与标尺光栅重叠放置，两者之间保持很小的间隙，并使两块光栅的刻线之间有一个微小的夹角θ，如图所示。

当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。

在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。

2、特性：位移的方向性；放大作用

4.2.3 结构及原理

主要由主光栅、指示光栅、光源和光电器件等组成，其中主光栅和被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随之产生位移，若用光电器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅的距离，也就测得了被测物体的位移量。

当指示光栅不动，主光栅的刻线与指示光栅刻线之间始终保持夹角θ，而使主光栅沿刻线的垂直方向作相对移动时，莫尔条纹将沿光栅刻线方向移动；光栅反向移动，莫尔条纹也反向移动。

主光栅每移动一个栅距W，莫尔条纹也相应移动一个间距S。因此通过测量莫尔条纹的移动，就能测量光栅移动的大小和方向，这要比直接对光栅进行测量容易得多。

当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距。当两个光栅刻线夹角θ较小时，由公式B=KW可知，W一定时，θ愈小，则B愈大，相当于把栅距W放大了1/ θ倍。因此，莫尔条纹的放大倍数相当大，可以实现高灵敏度的位移测量。

莫尔条纹是由光栅的许多刻线共同形成的，对刻线误差具有平均效应，能在很大程度上消除由于刻线误差所引起的局部和短周期误差影响，可以达到比光栅本身刻线精度更高的测量精度。因此，计量光栅特别适合于小位移、高精度位移测量。

4.2.4 特点及应用

很大程度上消除刻线不均匀引起的误差

4.3 磁栅位移传感器

4.3.1 概念

磁栅：一种有磁化信息的标尺

在磁栅上的磁场强度呈周期性地变化，并在相接处为最大处。

4.3.2 种类

直线位移测量

角位移测量

4.3.3 结构和工作原理

磁尺（磁栅）、磁头和检测电路组成。

工作原理：电磁感应原理，当线圈在一个周期性磁体表面附近匀速运动时，线圈上就会产生不断变化的感应电动势。感应电动势的大小，既与线圈的运动速度有关，还和磁性体与线圈接触时的磁性大小及变化率有关。根据感应电动势的变化情况，就可获得线圈与磁体相对位置和运动的信息。磁尺是检测位移的基准尺，磁头用来读取磁尺上的记录信号。

动态磁头

静态磁头

4.3.4 应用