西门子6ES7223-1PL22-0XA8使用手册

     光栅主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在活动部件上，如机床的工作台或丝杠上。光栅读数头则安装在固定部件上，如机床的底座上。当活动部件移动时，读数头和标尺光栅也就随之作相对的移动。
1.光栅尺
     标尺光栅和光栅读数头中的指示光栅构成光栅尺，如图1所示，其中长的一块为标尺光栅，短的一块为指示光栅。两光栅上均匀地刻有相互平行、透光和不透光相间的线纹，这些线纹与两光栅相对运动的方向垂直。从图上光栅尺线纹的局部放大部分来看，白的部分b为透光线纹宽度，黑的部分a为不透光线纹宽度，设栅距为W，则W＝a＋b，一般光栅尺的透光线纹和不透光线纹宽度是相等的，即a＝b。常见长光栅的线纹宽度为25、50、100、 125、250线／mm。

图1 光栅尺

2.光栅读数头
     光栅读数头由光源、透镜、指示光栅、光电元件和驱动电路组成，如图2(a)所示。光栅读数头的光源一般采用白炽灯。白炽灯发出的光线经过透镜后变成平行光束，照射在光栅尺上。由于光电元件输出的电压信号比较微弱，必须将该电压信号进行放大，以避免在传输过程中被多种干扰信号所淹没、覆盖而造成失真。驱动电路的功能就是实现对光电元件输出信号进行功率放大和电压放大。
     光栅读数头的结构形式按光路分，除了垂直入射式外，常见的还有分光读数头、反射读数头等，它们的结构如图2(b)、图2(c)所示。

(a)垂直入射光栅读数头结构 (b)分光读数头 (c)反射读数头
图2 光栅读数头

     光栅按其形状和用途可以分成长光栅和圆光栅两类，长光栅用于长度测量，又称直线光栅，圆光栅用于角度测量，按光线的走向可分为透射光栅和反射光栅。

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。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，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。

图2 光栅数量装置
1-读数头 2-壳体 3-发光接受线路板 4-指示光栅座
5-指示光栅 6-光栅刻线 7-光栅尺 8-主光栅