光柵式傳感器的基本原理是利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象。

如下圖所示，光柵 1類似于長刻線尺，稱為標尺光柵（也稱主光柵），它可以移動;光柵 2只取一小塊，稱為指示光柵，它固定不動。也可相反地使指示光柵移動。兩者柵距和刻線寬度均相同，使刻線面相對疊合并在中間留有間隙 d，便組成光柵副。

將其置于由光源和透鏡形成的平行光束的光路中，若二光柵柵線之間有很小的夾角θ，則在近似垂直于柵線的方向上顯示比柵距 W寬得很多的明暗相間的條紋，這些條紋稱為“莫爾條紋”，其信號光強分布如圖 中曲線所示，中間為亮帶，上下兩條為暗帶，當標尺光柵沿垂直于柵線的x方向每移動一個柵距W時，莫爾條紋近似沿柵線方向移過一個條紋間距。用光電元件接收莫爾條紋信號并經(jīng)電路處理后，用計數(shù)器可得到標尺光柵移過的距離。

在實際使用中，一般把光源、指示光柵和光電元件組合在一起，稱為讀數(shù)頭。讀數(shù)頭的結構形式很多，就其光路可分為以下幾種。

（1）分光讀數(shù)頭

它的工作原理如下圖所示，光源 Q發(fā)出的光經(jīng)透鏡L1 變成平行光，照射到光柵 G1 和 G2 上，形成莫爾條紋;透鏡L2把莫爾條紋聚焦;在光闌板 S之后的焦面上，光電元件P接收莫爾條紋信號。這種光學系統(tǒng)是莫爾條紋光學系統(tǒng)的基本型。因為光柵間距比較小，兩塊光柵之間的間隙也小，所以不能在光柵表面粘玻璃保護層。

在實際使用中，如下圖所示，在光柵 G 與G 之間裝上等倍投影透鏡 L3和L4使 G1 的像以同樣大小的像投影在G2 上形成莫爾條紋，于是拉長了G 1和 G2 之間的距離。這種讀數(shù)頭主要用在高精度坐標控制系統(tǒng)和精密測量儀器上。

（2）垂直入射讀數(shù)頭

這種讀數(shù)頭主要是用于每毫米 25～125 線的玻璃透射光柵系統(tǒng)。下圖為垂直入射讀數(shù)頭的結構示意圖，光源1通過透鏡 2變成平行光照射在標尺光柵 3 和指示光柵4 上，形成莫爾條紋，然后由光電池5接受信號。圖中8 是滾動軸承，它保證了標尺光柵和指示光柵之間恒定的間隙。標尺光柵和讀數(shù)頭分別裝在固定部件和移動部件上，標尺光柵用壓板7夾緊，讀數(shù)頭用螺釘6 固定。其精度可達 0.001mm/1000mm。

（3）反射讀數(shù)頭

這種讀數(shù)頭主要用于每毫米 25～50 線以下的如下圖所示反射光柵系統(tǒng)。圖中β為入射角（一般為30°，反射光束通過指示光柵 G2 形成莫爾條紋，然后經(jīng)透鏡Lz并由光電元件 P接收信號。

光柵只能用于增量測量方式，目前有的光柵讀數(shù)頭設有一個絕對零點，這樣由于停電或其他原因造成記錯數(shù)字時，可以重新對零。它是在標尺光柵上有一小段光柵，在指示光柵上也有相應的一小段光柵，當這兩小段光柵重疊時發(fā)出零位信號，并在數(shù)字顯示器中顯示出來。
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