光柵的結(jié)構(gòu)與工作原理

有關(guān)光柵的結(jié)構(gòu)與工作原理，光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測元件，由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，介紹了光柵尺的構(gòu)造和種類，光柵讀數(shù)頭的構(gòu)成圖等。

光柵結(jié)構(gòu)與工作原理

光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測元件，它主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。通常，標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床的活動部件上（如工作臺或絲杠），光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床的固定部件上（如機(jī)床底座），二者隨著工作臺的移動而相對移動。在光柵讀數(shù)頭中，安裝著一個指示光柵，當(dāng)光柵讀數(shù)頭相對于標(biāo)尺光柵移動時，指示光柵便在標(biāo)尺光柵上移動。當(dāng)安裝光柵時，要嚴(yán)格保證標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度以及兩者之間的間隙（一般取0.05mm或0.1mm）要求。

1、光柵尺構(gòu)造和種類

光柵尺包括標(biāo)尺光柵和指示光柵，它是用真空鍍膜的方法光刻上均勻密集線紋的透明玻璃片或長條形金屬鏡面。對于長光柵，這些線紋相互平行，各線紋之間距離相等，我們稱此距離為柵距。對于圓光柵，這些線紋是等柵距角的向心條紋。柵距和柵距角是決定光柵光學(xué)性質(zhì)的基本參數(shù)。

常見的長光柵的線紋密度為25，50，100，125，250條/mm。對于圓光柵，若直徑為70mm，一周內(nèi)刻線100-768條；若直徑為110mm，一周內(nèi)刻線達(dá)600-1024條，甚至更高。同一個光柵元件，其標(biāo)尺光柵和指示光柵的線紋密度必須相同。

2、光柵讀數(shù)頭

圖4-7是光柵讀數(shù)頭的構(gòu)成圖，它由光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動線路組成。讀數(shù)頭的光源一般采用白熾燈泡。白熾燈泡發(fā)出的輻射光線，經(jīng)過透鏡后變成平行光束，照射在光柵尺上。

光敏元件是一種將光強信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件，它接收透過光柵尺的光強信號，并將其轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓信號。由于光敏元件產(chǎn)生的電壓信號一般比較微弱，在長距離傳遞時很容易被各種干擾信號所淹沒、覆蓋，造成傳送失真。

為保證光敏元件輸出的信號在傳送中不失真，應(yīng)首先將該電壓信號進(jìn)行功率和電壓放大，然后再進(jìn)行傳送。驅(qū)動線路就是實現(xiàn)對光敏元件輸出信號進(jìn)行功率和電壓放大的線路。

圖 4-7 光柵讀鏡頭

根據(jù)不同的要求，讀數(shù)頭內(nèi)常安裝2個或4個光敏元件。光柵讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)形式，除圖4-7的垂直入射式之外，按光路分，常見的還有分光讀數(shù)頭、反射讀數(shù)頭和鏡像讀數(shù)頭等。

圖4-8（a）、（b）、（c）分別給出了它們的結(jié)構(gòu)原理圖，圖中Q表示光源，L表示透鏡，G表示光柵尺，P表示光敏元件，

表示棱鏡。

圖4-8 光柵讀鏡頭結(jié)構(gòu)原理圖

（a）分光讀鏡頭 （b）反射讀鏡頭（c） 鏡像讀鏡頭