光栅尺的工作原理(绝对式光栅尺)「终于解决」

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光栅尺的原理是什么？

这个问题在我脑海里闪现过很多次，也百度过很多次，但是因为没有解释清楚，或者说根本不生动，所以很难理解。

因为最近的项目用到了1D Plus光栅尺(后续会写这个光栅尺的应用)，所以又想起了这个基本问题。这一次，我通过各种资源，比以前更加了解光栅尺。

我们很多运动平台都会使用光栅尺进行闭环控制。请问，光栅尺的原理是什么？

光栅尺。简单的理解就是一把尺子。

比如游标卡尺都用过，或者卷尺都用过。尺子上有刻度，这些刻度作为基准。你只需要将待测物体与卡尺上的刻度进行对比，就可以用它们来测量长度、大小、深度等信息。

同样，光栅尺上也有“刻度”。这种称为光栅的刻度是通过光刻技术刻在尺子上的。但是，它不是通过人眼，而是通过匹配的读取头读取位置信息。

你的比喻，我明白了，但是实际原理是不是要复杂得多？

没错。实际原理非常复杂:光栅是在玻璃或钢卷尺上制作的一系列条纹和狭缝。一条一条狭缝的宽度称为间距，常见的间距为20um。

读数头每扫描一个节距，就产生一个正弦波信号周期，这个信号被电子电路(读数头内部或外部细分盒)细分，比如5、10、50、100倍，所以可以达到高分辨率。

比如20um的间距再细分50次，那周期就是0.4um，就是厂商说的分辨率。

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探测器将这些条纹转换成正弦波电信号，经电路放大整形后得到两个相位差为90度的正弦波或方波A和B。或者正弦波和方波的周期数，与移动距离成正比。当标尺向前移动时，A信号领先B信号90度，而当标尺向后移动时，A信号落后B信号90度。

如果转换成方波信号，再细分四次，一个周期有四个上升沿。此时的分辨率只对应一个上升沿，即1/4周期(脉冲)。

需要注意的是，实际上，光电探测器和LED都在光栅尺的同一侧，都集成在读数头中。当光打到光栅尺上时，一部分光会被反射回来，然后通过聚焦镜，照射回光电探测器，形成电信号。