光柵由標(biāo)尺光柵和指示光柵組成,兩者的光刻密度相同,但體長(zhǎng)相差很多,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 光柵測(cè)量原理
指示光柵上出現(xiàn)莫爾條紋，它們是沿著與光柵條紋幾乎成垂直的方向排列的,如圖2所示。
圖2 莫爾條紋示意
光柵莫爾條紋的特點(diǎn)是起放大作用,用w表示條紋寬度,p表示柵距,θ表示光柵條紋間的夾角,則有
光柵測(cè)量系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖3所示。
圖3 光柵測(cè)量系統(tǒng)
1.感應(yīng)同步器
（1）直線感應(yīng)同步器
由定尺和滑尺兩部分組成。
滑尺表面刻有兩個(gè)繞組,即正弦繞組和余弦繞組,見圖4。
圖4 感應(yīng)同步器原理圖
（2）圓盤式感應(yīng)同步器
如圖5所示,其轉(zhuǎn)子相當(dāng)于直線感應(yīng)同步器的滑尺,定子相當(dāng)于定尺,而且定子繞組中的兩個(gè)繞組也錯(cuò)開1/4節(jié)距。
圖5 圓盤式感應(yīng)同步器
（a） 定子； （b） 轉(zhuǎn)子
感應(yīng)同步器根據(jù)其激磁繞組供電電壓形式不同，分為鑒相測(cè)量方式和鑒幅測(cè)量方式。
（1） 鑒相式
根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)的相位來(lái)鑒別位移量。
圖6說(shuō)明了感應(yīng)電勢(shì)幅值與定尺和滑尺相對(duì)位置的關(guān)系。
圖6 滑尺繞組位置與定尺感應(yīng)電勢(shì)幅值的變化關(guān)系
滑尺在定尺上每滑動(dòng)一個(gè)節(jié)距,定尺繞組感應(yīng)電勢(shì)就變化了一個(gè)周期,即
ea=ku–acosθ（4-11）
式中: ;
k——滑尺和定尺的電磁耦合系數(shù)；
θ——滑尺和定尺相對(duì)位移的折算角。
若繞組的節(jié)距為w,相對(duì)位移為l,則
同樣,當(dāng)僅對(duì)正弦繞組b施加交流激磁電壓ub時(shí),定尺繞組感應(yīng)電勢(shì)為
e b=-ku b sinθ （4-13）
對(duì)滑尺上兩個(gè)繞組同時(shí)加激磁電壓,則定尺繞組上所感應(yīng)的總電勢(shì)為
e =e a+eb=ku acosθ-kubsinθ
=kumsinωt cosω-ku mcosωtsinω
=kumsin (ωt-θ) （4-14）
從上式可以看出,感應(yīng)同步器把滑尺相對(duì)定尺的位移l的變化轉(zhuǎn)成感應(yīng)電勢(shì)相角θ的變化。因此,只要測(cè)得相角θ,就可以知道滑尺的相對(duì)位移l：
（2）鑒幅式
在滑尺的兩個(gè)繞組上施加頻率和相位均相同,但幅值不同的交流激磁電壓ua和ub。
ua=umsinθ-1sinωt （4-16）
ub=umcosθ -1 sinωt （4-17）
式中: θ1——指令位移角。
設(shè)此時(shí)滑尺繞組與定尺繞組的相對(duì)位移角為θ,則定尺繞組上的感應(yīng)電勢(shì)為
e =kua cosθ-kubsinθ=kum(sinθ -1 cosθ-cosθ-1sinθ)sinωt=kumsin (θ1-θ) sinωt （4-18）