光柵測(cè)量系統(tǒng)南光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動(dòng)線路組成。
讀數(shù)頭光源發(fā)出輻射光線，經(jīng)過聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐�，照射光柵尺。機(jī)床光電元件（常使用硅光電池）接收透過光柵尺的光強(qiáng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。由于此信號(hào)比較微弱，在長(zhǎng)距離傳遞時(shí)，很容易被各種干擾信號(hào)淹沒，造成傳遞失真，驅(qū)動(dòng)線路的作用就是將電壓信號(hào)進(jìn)行電壓和功率放大。
當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋便移動(dòng)一個(gè)紋距，光柵的亮度變化近似一個(gè)正弦波。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)橥�頻率的電壓信號(hào)，經(jīng)差動(dòng)放大、整形、微分后輸出脈沖信號(hào)。每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，就代表工作臺(tái)移動(dòng)了一個(gè)柵距的位移，通過對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)就可計(jì)算出工作臺(tái)的移動(dòng)距離。
采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察，只能計(jì)數(shù)，無法判斷光柵的移動(dòng)方向。因?yàn)闊o論莫爾條紋上移或下移，從一固定位置看其明暗變化是相同的。為了確定光柵的運(yùn)動(dòng)方向，至少要放置兩個(gè)光電元件，兩者相距1/4莫爾條紋寬度。機(jī)床當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，所以從兩個(gè)光電元件輸出的電信號(hào)波形相同，但相位相差900。機(jī)床根據(jù)兩光電元件輸出信號(hào)的超前和滯后，經(jīng)方向判別電路處理得到以高、低電平表示的標(biāo)尺光柵移動(dòng)的方向信號(hào)。
光柵尺與光電編碼器相同，有增量式和絕對(duì)式之分。機(jī)床增量式光柵也設(shè)有零標(biāo)志脈沖，它可以設(shè)置在光柵尺的中點(diǎn)，也可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)零標(biāo)志脈沖。絕對(duì)式光柵尺輸出二進(jìn)制BCD碼或格雷碼。機(jī)床另外，光柵除了光柵尺外還有圓光柵，用于角位移的測(cè)量。機(jī)床圓光柵的組成和原理與光柵尺相同。
光柵尺輸出信號(hào)的波形有兩種：一種是正弦波信號(hào)，另一種是方波信號(hào)。正弦波輸出有電流型和電壓型，對(duì)正弦渡輸出信號(hào)需經(jīng)差動(dòng)放大、整形后得到脈沖信號(hào)。
為了提高光柵測(cè)量系統(tǒng)的精度，可以提高刻線精度和增加刻線密度。但刻線密度達(dá)到200條/mm以上時(shí)，光柵尺刻線較困難，成本也高。因此通常采用倍頻處理電路來提高光柵測(cè)量殺統(tǒng)的分辨精度，例如在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔】／4光柵柵距就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表光柵移動(dòng)了1/4柵距的位移，光柵測(cè)量系統(tǒng)的分辨精度就提高了四倍，即經(jīng)四倍頻電路處理后，分辨精度提高了四倍，所以光柵測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度不僅取決于光柵尺的柵距，還取決于處理電路的鑒向倍頻倍數(shù)。機(jī)床常見的倍頻倍數(shù)除四倍頻以外，還有五倍頻、十倍頻和二十倍頻等。
HEIDENHAIN光柵尺電流型輸出信號(hào)經(jīng)五倍頻信號(hào)處理后的波形。