光guang電dian編bian碼ma器qi是shi一yi種zhong旋xuan轉zhuan式shi位wei置zhi傳chuan感gan器qi，在zai現xian代dai伺si服fu係xi統tong中zhong廣guang泛fan應ying用yong於yu角jiao位wei移yi或huo角jiao速su率lv的de測ce量liang，它ta的de轉zhuan軸zhou通tong常chang與yu被bei測ce旋xuan轉zhuan軸zhou連lian接jie，隨sui被bei測ce軸zhou一yi起qi轉zhuan動dong。它ta能neng將jiang被bei測ce軸zhou的de角jiao位wei移yi轉zhuan換huan成cheng二er進jin製zhi編bian碼ma或huo一yi串chuan脈mai衝chong。

   光電編碼器分為絕對式和增量式兩種類型。增量式光電編碼器具有結構簡單
、體積小、價格低、精度高
、響應速度快、性能穩定等優點，應用更為廣泛。在高分辨率和大量程角速率／位(wei)移(yi)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)中(zhong)，增(zeng)量(liang)式(shi)光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)更(geng)具(ju)優(you)越(yue)性(xing)。絕(jue)對(dui)式(shi)編(bian)碼(ma)器(qi)能(neng)直(zhi)接(jie)給(gei)出(chu)對(dui)應(ying)於(yu)每(mei)個(ge)轉(zhuan)角(jiao)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)息(xi)，便(bian)於(yu)計(ji)算(suan)機(ji)處(chu)理(li)，但(dan)當(dang)進(jin)給(gei)數(shu)大(da)於(yu)一(yi)轉(zhuan)時(shi)，須(xu)作(zuo)特(te)別(bie)處(chu)理(li)，而(er)且(qie)必(bi)須(xu)用(yong)減(jian)速(su)齒(chi)輪(lun)將(jiang)兩(liang)個(ge)以(yi)上(shang)的(de)編(bian)碼(ma)器(qi)連(lian)接(jie)起(qi)來(lai)
，組(zu)成(cheng)多(duo)級(ji)檢(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)
，使(shi)其(qi)結(jie)構(gou)複(fu)雜(za)
、成本高。

1增量式編碼器

1.1增量式光電編碼器的結構

    zengliangshibianmaqishizhisuizhuanzhouxuanzhuandemapangeichuyixiliemaichong
，ranhougenjuxuanzhuanfangxiangyongjishuqiduizhexiemaichongjinxingjiajianjishu，yicilaibiaoshizhuanguodejiaoweiyiliang。zengliangshiguangdianbianmaqijiegoushiyiturutu1所示。
 

圖1增量式光電碼盤結構示意圖

   光(guang)電(dian)碼(ma)盤(pan)與(yu)轉(zhuan)軸(zhou)連(lian)在(zai)一(yi)起(qi)。碼(ma)盤(pan)可(ke)用(yong)玻(bo)璃(li)材(cai)料(liao)製(zhi)成(cheng)
，表(biao)麵(mian)鍍(du)上(shang)一(yi)層(ceng)不(bu)透(tou)光(guang)的(de)金(jin)屬(shu)鉻(ge)，然(ran)後(hou)在(zai)邊(bian)緣(yuan)製(zhi)成(cheng)向(xiang)心(xin)的(de)透(tou)光(guang)狹(xia)縫(feng)。透(tou)光(guang)狹(xia)縫(feng)在(zai)碼(ma)盤(pan)圓(yuan)周(zhou)上(shang)等(deng)分(fen)，數(shu)量(liang)從(cong)幾(ji)百(bai)條(tiao)到(dao)幾(ji)千(qian)條(tiao)不(bu)等(deng)。這(zhe)樣(yang)，整(zheng)個(ge)碼(ma)盤(pan)圓(yuan)周(zhou)上(shang)就(jiu)被(bei)等(deng)分(fen)成(cheng)n個透光的槽。增量式光電碼盤也可用不鏽鋼薄板製成
，然後在圓周邊緣切割出均勻分布的透光槽。

1.2增量式編碼器的工作原理

    增量式編碼器的工作原理如圖2所示。它由主碼盤、鑒向盤、光學係統和光電變換器組成。在圖形的主碼盤（光電盤）周邊上刻有節距相等的輻射狀窄縫
，形成均勻分布的透明區和不透明區。鑒向盤與主碼盤平行，並刻有a
、b兩組透明檢測窄縫
，它們彼此錯開1/4節距，以使A
、B兩個光電變換器的輸出信號在相位上相差90°。工(gong)作(zuo)時(shi)，鑒(jian)向(xiang)盤(pan)靜(jing)止(zhi)不(bu)動(dong)，主(zhu)碼(ma)盤(pan)與(yu)轉(zhuan)軸(zhou)一(yi)起(qi)轉(zhuan)動(dong)，光(guang)源(yuan)發(fa)出(chu)的(de)光(guang)投(tou)射(she)到(dao)主(zhu)碼(ma)盤(pan)與(yu)鑒(jian)向(xiang)盤(pan)上(shang)。當(dang)主(zhu)碼(ma)盤(pan)上(shang)的(de)不(bu)透(tou)明(ming)區(qu)正(zheng)好(hao)與(yu)鑒(jian)向(xiang)盤(pan)上(shang)的(de)透(tou)明(ming)窄(zhai)縫(feng)對(dui)齊(qi)時(shi)，光(guang)線(xian)被(bei)全(quan)部(bu)遮(zhe)住(zhu)，光(guang)電(dian)變(bian)換(huan)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)為(wei)最(zui)小(xiao)
；當(dang)主(zhu)碼(ma)盤(pan)上(shang)的(de)透(tou)明(ming)區(qu)正(zheng)好(hao)與(yu)鑒(jian)向(xiang)盤(pan)上(shang)的(de)透(tou)明(ming)窄(zhai)縫(feng)對(dui)齊(qi)時(shi)，光(guang)線(xian)全(quan)部(bu)通(tong)過(guo)
，光(guang)電(dian)變(bian)換(huan)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)為(wei)最(zui)大(da)。主(zhu)碼(ma)盤(pan)每(mei)轉(zhuan)過(guo)一(yi)個(ge)刻(ke)線(xian)周(zhou)期(qi)
，光(guang)電(dian)變(bian)換(huan)器(qi)將(jiang)輸(shu)出(chu)一(yi)個(ge)近(jin)似(si)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)電(dian)壓(ya)

，且(qie)光(guang)電(dian)變(bian)換(huan)器(qi)A、B的輸出電壓相位差為90°。
 

圖2增量式編碼器工作原理         圖3光電編碼器的輸出波形

    光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)光(guang)源(yuan)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)是(shi)自(zi)身(shen)有(you)聚(ju)光(guang)效(xiao)果(guo)的(de)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)。當(dang)光(guang)電(dian)碼(ma)盤(pan)隨(sui)工(gong)作(zuo)軸(zhou)一(yi)起(qi)轉(zhuan)動(dong)時(shi)
，光(guang)線(xian)透(tou)過(guo)光(guang)電(dian)碼(ma)盤(pan)和(he)光(guang)欄(lan)板(ban)狹(xia)縫(feng)
，形(xing)成(cheng)忽(hu)明(ming)忽(hu)暗(an)的(de)光(guang)信(xin)號(hao)。光(guang)敏(min)元(yuan)件(jian)把(ba)此(ci)光(guang)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)

，通(tong)過(guo)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)電(dian)路(lu)後(hou)，向(xiang)數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)輸(shu)出(chu)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)
，也(ye)可(ke)由(you)數(shu)碼(ma)管(guan)直(zhi)接(jie)顯(xian)示(shi)位(wei)移(yi)量(liang)。

    光電編碼器的測量準確度與碼盤圓周上的狹縫條紋數n有關，能分辨的角度α為：

    α=360°/n（1）

    分辨率=1/n（2）

    例如：碼盤邊緣的透光槽數為1 024個
，則能分辨的最小角度α=360°/1 024=0.352°。

    為了判斷碼盤旋轉的方向
，必須在光欄板上設置兩個狹縫
，其距離是碼盤上的兩個狹縫距離的（m+1/4）倍

，m為正整數，並設置了兩組對應的光敏元件，如圖1中的A、B光敏元件，有時也稱為cos、sin元件。當檢測對象旋轉時，同軸或關聯安裝的光電編碼器便會輸出A
、B兩路相位相差90°的數字脈衝信號。光電編碼器的輸出波形如圖3所示。為了得到碼盤轉動的絕對位置，還須設置一個基準點，如圖1中的“零位標誌槽”。碼盤每轉一圈
，零位標誌槽對應的光敏元件產生一個脈衝
，稱為“一轉脈衝”，見圖3中的C0脈衝。

    圖4給出了編碼器正反轉時A

、B信號的波形及其時序關係，當編碼器正轉時A信號的相位超前B信號90°，如圖4(a)所示；反轉時則B信號相位超前A信號90°
，如圖4(b)所示。A和B輸出的脈衝個數與被測角位移變化量成線性關係，因此，通過對脈衝個數計數就能計算出相應的角位移。根據A和B之間的這種關係正確地解調出被測機械的旋轉方向和旋轉角位移/速率，就是所謂的脈衝辨向和計數。脈衝的辨向和計數既可用軟件實現也可用硬件實現。
 

圖4光電編碼器的正轉和反轉波形

2絕對式編碼器

    絕對式編碼器是把被測轉角通過讀取碼盤上的圖案信息直接轉換成相應代碼的檢測元件。編碼盤有光電式、接觸式和電磁式三種。

    光電式碼盤是目前應用較多的一種
，它是在透明材料的圓盤上精確地印製上二進製編碼。圖5所suo示shi為wei四si位wei二er進jin製zhi的de碼ma盤pan

，碼ma盤pan上shang各ge圈quan圓yuan環huan分fen別bie代dai表biao一yi位wei二er進jin製zhi的de數shu字zi碼ma道dao
，在zai同tong一yi個ge碼ma道dao上shang印yin製zhi黑hei白bai等deng間jian隔ge圖tu案an，形xing成cheng一yi套tao編bian碼ma。黑hei色se不bu透tou光guang區qu和he白bai色se透tou光guang區qu分fen別bie代dai表biao二er進jin製zhi的de“0”和“1”。在一個四位光電碼盤上，有四圈數字碼道，每一個碼道表示二進製的一位，裏側是高位，外側是低位
，在360°範圍內可編數碼數為24=16個。

    工作時
，碼盤的一側放置電源，另一邊放置光電接受裝置，每個碼道都對應有一個光電管及放大
、整zheng形xing電dian路lu。碼ma盤pan轉zhuan到dao不bu同tong位wei置zhi，光guang電dian元yuan件jian接jie受shou光guang信xin號hao
，並bing轉zhuan成cheng相xiang應ying的de電dian信xin號hao，經jing放fang大da整zheng形xing後hou，成cheng為wei相xiang應ying數shu碼ma電dian信xin號hao。但dan由you於yu製zhi造zao和he安an裝zhuang精jing度du的de影ying響xiang
，當dang碼ma盤pan回hui轉zhuan在zai兩liang碼ma段duan交jiao替ti過guo程cheng中zhong，會hui產chan生sheng讀du數shu誤wu差cha。例li如ru，當dang碼ma盤pan順shun時shi針zhen方fang向xiang旋xuan轉zhuan
，由you位wei置zhi“0111”變為“1000”時

，這四位數要同時都變化，可能將數碼誤讀成16種代碼中的任意一種，如讀成1111、1011
、1101
、…0001等
，產生了無法估計的很大的數值誤差，這種誤差稱非單值性誤差。

    為了消除非單值性誤差
，可采用以下的方法。

2.1循環碼盤（或稱格雷碼盤）
 

圖5四位二進製的碼盤                       圖6四位二進製循環碼盤

    循環碼習慣上又稱格雷碼，它也是一種二進製編碼，隻有“0”和“1”兩個數。圖6所示為四位二進製循環碼。這種編碼的特點是任意相鄰的兩個代碼間隻有一位代碼有變化，即“0”變為“1”或“1”變為“0”。因此，在兩數變換過程中，所產生的讀數誤差最多不超過“1”

，隻可能讀成相鄰兩個數中的一個數。所以，它是消除非單值性誤差的一種有效方法。

2.2帶判位光電裝置的二進製循環碼盤

    這種碼盤是在四位二進製循環碼盤的最外圈再增加一圈信號位。圖7suoshijiushidaipanweiguangdianzhuangzhideerjinzhixunhuanmapan。gaimapanzuiwaiquanshangdexinhaoweideweizhizhenghaoyuzhuangtaijiaoxiancuokai
，zhiyoudangxinhaoweichudeguangdianyuanjianyouxinhaoshicaidushu
，zheyangjiubuhuichanshengfeidanzhixingwucha。
 

　　圖7帶判位光電裝置的二進製循環碼盤