光柵測量系統(tǒng)南光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動線路組成。
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。機床光電元件（常使用硅光電池）接收透過光柵尺的光強信號，并將其轉換成相應的電壓信號。由于此信號比較微弱，在長距離傳遞時，很容易被各種干擾信號淹沒，造成傳遞失真，驅(qū)動線路的作用就是將電壓信號進行電壓和功率放大。
當光柵移動一個柵距，莫爾條紋便移動一個紋距，光柵的亮度變化近似一個正弦波。硅光電池將近似正弦波的光強信號變?yōu)橥�頻率的電壓信號，經(jīng)差動放大、整形、微分后輸出脈沖信號。每產(chǎn)生一個脈沖，就代表工作臺移動了一個柵距的位移，通過對脈沖的計數(shù)就可計算出工作臺的移動距離。
采用一個光電元件即只開一個窗口觀察，只能計數(shù)，無法判斷光柵的移動方向。因為無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。為了確定光柵的運動方向，至少要放置兩個光電元件，兩者相距1/4莫爾條紋寬度。機床當光柵移動時，莫爾條紋通過兩個光電元件的時間不同，所以從兩個光電元件輸出的電信號波形相同，但相位相差900。機床根據(jù)兩光電元件輸出信號的超前和滯后，經(jīng)方向判別電路處理得到以高、低電平表示的標尺光柵移動的方向信號。
光柵尺與光電編碼器相同，有增量式和絕對式之分。機床增量式光柵也設有零標志脈沖，它可以設置在光柵尺的中點，也可以設置一個或多個零標志脈沖。絕對式光柵尺輸出二進制BCD碼或格雷碼。機床另外，光柵除了光柵尺外還有圓光柵，用于角位移的測量。機床圓光柵的組成和原理與光柵尺相同。
光柵尺輸出信號的波形有兩種：一種是正弦波信號，另一種是方波信號。正弦波輸出有電流型和電壓型，對正弦渡輸出信號需經(jīng)差動放大、整形后得到脈沖信號。
為了提高光柵測量系統(tǒng)的精度，可以提高刻線精度和增加刻線密度。但刻線密度達到200條/mm以上時，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)，放置四個光電元件，每隔】／4光柵柵距就產(chǎn)生一個脈沖，一個脈沖代表光柵移動了1/4柵距的位移，光柵測量系統(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，所以光柵測量系統(tǒng)的測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經(jīng)五倍頻信號處理后的波形。