光栅传感器的作用是能够实现精密测量，其测量原理建立在莫尔条纹的基础上。由于光的干涉效应，将等栅距的两块光栅以微小夹角重叠在一起，可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹，如图1所示：B为莫尔条纹间距，W为光栅间距：　 

　　光栅线夹角θ小，莫尔条纹宽带B越大，相当于把W放大了1/θ倍，大大的提高了测量灵敏度，也方便了光电元件的放置。

　　本文利用长光栅的位移传感器，借助CCD(电荷耦合器件)图像传感器代替传统的硅光电池检测莫尔条纹，完成了信号的细分，并实现对位移和角度的高精度测量。因此，若利用光栅精密测量位移或角度，可利用光电元件测出莫尔条纹的移动，通过脉冲计数得到度量。

　　测量系统结构及工作方式

　　以位移测量为例，通常光栅传感器是由光路系统、一对光栅副、与指示光栅相对位置固定的光电接收元件、整形细分电路组成。当光栅副中任一光栅沿垂直于刻线方向移动时，莫尔条纹就会沿近似垂直于光栅移动的方向运动。当光栅移动一个栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹间隔B。光电接收元件将莫尔条纹的明暗强弱变化转换为电量输出。该正弦波经整形为方波，在一个完整的光栅测量系统中，后级电路(往往是以单片机为核心)接收该信号后，根据两路或多路信号的时序关系判别运动方向，并根据方波个数判断位移。

　　光栅数字传感器的测量分辨率等于一个栅距。但是，在精密检测中常常需要测量比栅距更小的位移量，为了提高分辨率，可以采用两种方法实现：1)增加刻线密度来减小栅距，但是这种方法受光栅刻线工艺的限制。2)采用细分技术，在莫尔条纹变化一周期时，不只输出一个脉冲，而是输出若干个脉冲，以减小脉冲当量，提高分辨力。细分的方法有多种，如直接细分、电桥细分、锁相细分、调制信号细分和软件细分等。下面介绍论文采用的4倍直接细分的信号处理过程。

　　根据莫尔条纹的性质，光电元件产生的信号近似为正弦波。A、B为两个光电元件，使A、B的位置相距1/4B那么A、B输出的正弦信号相位差π/2，如图2所示。设莫尔条纹移动方向为从A到B。A领先Bπ/2，A、B两路信号经整形后变为方波，以1/4个周期为单位时间，则在一个周期内的4个单位时间内，A依次为1、1、0、0，B依次为0、1、1、0，AB代表的二进制数为10，11，01、00，即光栅移动一个栅距内，可以得到4组信号，根据不同的信号值从而将位移确定在1/4个栅距内，实现了4倍细分。同时根据AB代表的系列值可以判断移动方向。