ELAP PM2S-50-5K-M12光栅尺是一款基于光学莫尔条纹原理实现高精度位移测量的传感器，其工作原理可分为光学成像、信号转换与处理、位移计算三个核心环节。以下结合其技术特性进行详细解析：

一、光学成像：莫尔条纹的生成与特性

光栅副结构

标尺光栅（主光栅）：镀膜玻璃材质，表面刻有等间距（栅距W=0.02mm）的明暗条纹，固定于机床导轨。

指示光栅（副光栅）：安装于读数头内，与标尺光栅保持微小夹角θ（通常≤0.1°），形成莫尔条纹的关键结构。

莫尔条纹形成

当两光栅发生相对位移时，刻线交叉区域因光强叠加产生明暗相间的条纹，其宽度BH=W/θ（例如θ=0.1°时，BH=0.02mm/0.0017≈11.76mm）。

特性优势：

位移放大：条纹宽度是栅距的数十倍，显著提升测量灵敏度。

误差平均：条纹由大量栅线共同形成，可抵消局部刻划误差。

方向辨识：条纹移动方向与光栅相对运动方向垂直，便于判断位移方向。

二、信号转换与处理：从光信号到电信号

光电转换

红外LED光源：发射稳定红外光，穿透光栅副后形成莫尔条纹光斑。

光电元件阵列：4组光电管按90°相位差排列，接收条纹光强变化并输出4路正弦波信号（A、B、/A、/B）。

信号处理流程

差分放大：消除共模干扰，提升信噪比。

滤波整形：将正弦波转换为TTL方波，确保信号边沿陡峭。

四倍频细分：通过相位差计算，将分辨率提升至栅距的1/4（例如栅距0.02mm时，分辨率可达0.005mm）。

三、位移计算：从电信号到数值输出

计数与辨向

A/B相脉冲：A相超前B相90°时，位移为正向；反之则为反向。

Z相参考点：每50mm设置一个零位标记，用于消除累计误差。

数值显示与输出

数显表接口：支持RS422协议，实时显示位移量（如X=123.456mm）。

数控系统集成：通过PLC或CNC控制器，实现刀具补偿、位置闭环控制等功能。

四、技术参数与性能优势

核心参数

量程：50mm至5000mm，覆盖多数机床行程需求。

精度：±0.001mm（50-200mm量程），±0.004mm（500-1000mm量程）。

分辨率：0.001mm/0.002mm/0.005mm/0.01mm可调。

响应速度：最高90米/分钟，适应高速加工场景。

环境适应性

防护等级：IP67，防尘防水设计。

工作温度：-10℃至60℃，适应车间环境。

抗冲击/振动：100g冲击、30g振动下仍可稳定工作。

五、应用场景与价值

数控机床

用于铣床、磨床的进给轴闭环控制，提升加工精度（如模具加工差≤0.005mm）。

实时补偿热变形误差，延长机床精度保持周期。

自动化生产线

监控机械臂抓取位置，确保装配精度（如汽车零部件公差±0.01mm）。

集成于物流分拣系统，实现货物精准定位。

科研实验

材料力学测试中测量微小形变（如拉伸试验位移分辨率0.1μm）。

光学仪器校准，提供基准位移数据。