增量式光栅传感器和绝对式光栅传感器发展现状及趋势

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摘 要 按是否对光栅尺进行位置编码，光栅位移传感器可以分为增量式光栅传感器和绝对式光栅传感器。增量式光栅传感器和绝对式光栅传感器各有其优缺点。增量式光栅传感器发展比较早，应用广，占有很大的市场。绝对式光栅传感器技术先进，近年来发展迅速。本文阐述了增量式光栅传感器和绝对式光栅传感器的工作原理和特点，同时详细总结了国际上生产和研究位移传感器的厂家和研究机构及他们的产品。

关键词 光栅传感器；编码；绝对式；光栅；发展现状

中图分类号：TH741.6 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）051-011-02

1 增量式光栅测量系统

增量式光栅的测量原理是将光源透射过一个光栅尺运动副，两光栅尺相对运动时可形成摩尔条纹，对此摩尔条纹进行计数、细分，得到周期内的位移变化量，并通过在光栅上设定的参考点来确定整周期的绝对位置，在增量式光栅位移测量系统中，应先设定一个参考点，这个参考点标记为零位，绝对位移量则是通过对参考点的相对位移累加获得的。在一个信号周期内细分后所得到的是周期内的绝对测量值，超过一个信号周期外则是相对参考点的相对测量值，需要将周期内的绝对位移加上周期外的相对位移，才能得出最终的绝对位移量。

增量式光栅传感器具有结构简单、机械平均寿命长、可靠性高、抗干扰能力强、传输距离远、精度较高、成本低等优点。但增量式光栅传感器也具有不足，增量式光栅传感器只能输出轴转动的相对位置，每次断电或者重新开机时需要设定参考点，同时信号处理方式存在一定的细分误差。

2 绝对式光栅测量系统

绝对式光栅的测量原理是将输出信息与位置信息一一对应，每一位置给出的是一种特定的二进制编码，该编码是唯一的，与其他位置无关。在主光栅尺上将此位置编码刻划成一系列码道，读数头通过读取编码便可以确定绝对位置。平行光束透射过测量光栅，每一码道对应一组明暗信号，明暗信号对应于相应的二进制码，四组光电接收器的信号组成了绝对位置唯一的二进制编码，通过软件对编码进行解调便可得到相应的绝对位置。

绝对式光栅传感器重新开机后直接就可以获得绝对位置，不需要执行参考点回零操作，而且位置的计算是在读数头中完成，不需要后续的细分电路，简化了控制系统的设计，提高了系统的可靠性和工作效率。绝对式光栅尺的关键技术问题是如何对光栅尺进行位置编码和译码，现市面上很多采用多码道编码，提高了制作成本，制作工艺标准也比增量式光栅高很多。

3 国内外现状及产品

目前国外的生产企业主要有德国的HEIDENHAIN（海德汉）公司、西班牙的FAGOR （发格）公司、日本的MITUTOYO（三丰）公司和英国的RENISHAW（雷尼绍）公司等等。其中德国HEIDENHAIN（海德汉）公司的以生产高精度、高质量的光栅位移传感器而著称世界，其产品接近全世界总产量的半数，是光栅测量行业的领跑者。而国内主要的生产企业：长春光机、贵阳新豪、广州信和与廊坊莱格等等。

目前，国外的位移传感器已从增量式跨入绝对式，绝对式光栅传感器已经普遍用于高档数控机床或加工中心。国内的光栅传感器已经从数显尺跨入到数控尺阶段，有关绝对式光栅测量技术的研究比较少，与西方发达国家的差距还是很大。

参考文献

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[2]卢国刚.绝对式光栅尺和编码器是当代位移传感器发展主流-CIMT2011精密位移传感器评述[J].世界制造技术与装备市场，2011，9（4）：56-60.

[3]孙强.高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点[J].世界制造技术与装备市场，2012，10（5）：72-73.

作者简介

马琳（1988-），女，合肥工业大学研究生在读，研究方向：精密测试技术及仪器。