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4.1 光栅数字式传感器
（3）反射式光路。
1—主光栅；2—指示光栅；3—场镜；4—反光镜 5—聚焦透；6—光源；7—物镜；8—光电元件 传感器与检测技术
4.1 光栅数字式传感器
（4）镜像式光路。
1—光源；2—半透半反射镜；3—聚光镜；4—主光栅；
5—物镜；6—反射镜；7—光电元件
式中， U 0 为输出信号的直流分量；
U m 为交流信号的幅值；
x 为光栅的相互位移量。
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3．光栅传感器的辨向处理
1, 2—光电元件；3—莫尔条纹；4—指示光栅
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4．光栅传感器的细分原理 （1）倍频细分法。
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1．长光栅副
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如果改变 角，两条莫尔条纹间的距离B也随之变化。
W W W 2 2 B sin 2 2
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莫尔条纹的方向与光栅的移动方向只相差 /2，即近似于与栅线方向垂直 ，故此莫尔条纹又称横向莫尔条纹。从式（4-1）可以明显地看出莫尔条 纹有如下重要特性： （1）平均效应。
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4.2 磁栅数字式传感器
4.2.2 磁头的结构和种类 1．动态磁头
1—磁头；2—磁栅；3—输出波形
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4.2 磁栅数字式传感器
2．静态磁头
2x U U m sin sin t W
1—磁头；2—磁栅；3—输出波形
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4.2 磁栅数字式传感器
4.2.3 磁栅传感器的信号处理 1．鉴幅方式 在实际应用中，一般采用两个多间隙静态磁头来读取磁栅上的磁信号。
2x sin t W 2x U 2 U m cos sin t W 2x U1 U m sin W 2x U m cos U2 W U1 U m sin
第4章 数字式传感器
电子工业出版社
4.1 光栅数字式传感器
4.1.1 光栅的分类
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圆光栅刻线方向
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4.1.2 光栅传感器的结构和工作原理
反射式光栅线纹形状
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透射光栅传感器光路
1—光源；2—透镜；3—主光栅；4—指示光栅；5—光电元件
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2．光栅传感器的光电转换系统 主光栅和指示光栅做相对位移产生了莫尔条纹，莫尔条纹需要经过转换电 路才能将光信号转换成电信号。光栅传感器的光电转换系统由聚光镜和光 敏元件组成，如图
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4.1 光栅数字式传感器
光敏元件输出的波形可由如下公式描述：
2x U U 0 U msin W
B 1 W
（2）放大作用。
X
（3）对应关系。
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2．圆光栅副
B
WR 2r
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4.1.3 光栅传感器的测量电路 1．光栅传感器的常用光路 （1）垂直透射式光路。
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（2）透射分光式光路。
tan
R sБайду номын сангаасn 1 cos R2
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4.1.4 光栅传感器的应用
1．光栅位移传感器
型 号 光栅栅距 光栅测量系统 读数头滚动系统 防护尘密封
BG1 BG1A 40m（0.040mm）、20m（0.020mm）、10m（0.010mm） 透射式红外光学测量系统，高精度性能的光栅玻璃尺 垂直式五轴承滚动系统，优异的 45 °五轴承滚动系统，优异的重 重复定位性，高精度测量精度 复定位性，高等级的测量精度 采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶，防水、防尘优良，使 用寿命长 1m 2m 5m 10m 50～3000mm 每隔50mm一种长度规格（整体光栅不接长） ＞20米/分钟 温度0℃～50℃ 湿度≤90(20±5℃) 5V±5% 12V±5% TTL 正弦波
4.1 光栅数字式传感器
所示为光栅数显表在机床进给运动中的应用。
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4.2 磁栅数字式传感器
4.2.1 磁栅的结构和种类
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4.2 磁栅数字式传感器
具体使用时对磁栅还有如下的要求： （1）磁栅的基尺（磁尺）要求不导磁，线膨胀系数应与仪器或机床的
相应部分相近似。
（2）为了使磁尺上录的磁信号能长时期保存，并希望产生较大的输出 信号，要求磁性薄膜剩磁感应要大，矫顽力要高，电镀要均匀，目前 常用NiCo-P合金。 （3）对磁尺表面要求长磁栅平直度为（0.005～0.01）mm/m，圆磁栅 的不圆度为0.005～0.01mm，表面粗糙度要小。
（5）在安装传感器的设备导轨上应装限位装置。
（6）在使用环境有油污、铁屑等情况时，建议采用防护罩，防护罩应将主 尺全部防护。
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2．光栅数显表 所示为微机光栅数显表的组成框图，在微机光栅数显表中，放大、整形采 用传统的集成电路，辨向、细分可由微机来完成。
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（2）电桥细分法。
i1 i2 iL 0 i1 (uo1 u2 ) / R1 (uo1 u2 ) / G1 i2 (uo2 u2 ) / R2 (uo2 u2 ) / G2 iL u2 / RL u2 / G2
u2 (uo1G1 u o2 G2 ) /(G1 G2 G3 ) uo1G1 u o 2 G2 0
分辨率 有效行程 工作速度 工作环境 工作电压 输出电压
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4.1 光栅数字式传感器
在具体使用时要注意： （1）传感器应尽量安装在靠近设备工作台的床身基面上。 （2）根据设备的行程选择传感器的长度，光栅传感器的有效长度应大于设 备行程。 （3）将传感器固定在设备工作台的基面上，确保主尺上端面同正面与移动 方向平行，误差≤0.1mm。 （4）读数头固定于相对于主尺的另一基面上，读数头与主尺之间应保持 0.8±0.15mm的间隙，尽量使读数头安装在非运动部件上，以方便电缆线的 固定。