光栅尺测量系统由光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光敏元件和信号处理电路组成。通常情况下，除标尺光栅与工作台装在一起随工作台移动外，光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光敏元件和信号处理电路均装在一个壳体内，做成一个独立部件固定在机床上。这个部件称为光栅的读数头，其作用是将莫尔条纹的信号转换成所需的电脉冲信号。当标尺光栅随工作台一起移动时，光源通过聚光镜后，透过标尺光栅和指示光栅形成忽明忽暗的莫尔条纹；光敏元件把光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的放大、整形、鉴相、倍频后输出或显示。为了测量转向，至少要放置两个光敏元件，两者相距 1/4 莫尔条纹间距，这样当莫尔条纹移动时，会得到两路信号相位相差π /2 的波形；将输出信号送入鉴向电路，即可判断移动方向。
旋转编码器是一种角位移传感器，分为光电式、接触式和电磁式三种，光电式旋转编码器是闭环控制系统中最常用的位置传感器。旋转编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器两种。光电式增量编码器测量系统由光源、聚光镜、光电码盘、光电码盘狭缝、光栏板、光敏元件和信号处理电路组成。当光电码盘随工作轴一起转动时，光源通过聚光镜，透过光电码盘和光栏板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件将光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的整形、放大、分频、计数、译码后输出或显示。为了测量旋转方向，光栏板的两个狭缝距离应为 m + (1/4) τ ( τ为码盘两个狭缝之间的距离，即节距， m 为任意整数 ) ，这样，两个光敏元件的输出信号就相差了π /2 相位；将输出信号送入鉴相电路，即可判断码盘的旋转方向。