guangdianbianmaqishiyizhongxuanzhuanshiweizhichuanganqi

，zaixiandaisifuxitongzhongguangfanyingyongyujiaoweiyihuojiaosulvdeceliang
，tadezhuanzhoutongchangyubeicexuanzhuanzhoulianjie，suibeicezhouyiqizhuandong。tanengjiangbeicezhoudejiaoweiyizhuanhuanchengerjinzhibianmahuoyichuanmaichong。

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

增(zeng)量(liang)式(shi)編(bian)碼(ma)器(qi)是(shi)指(zhi)隨(sui)轉(zhuan)軸(zhou)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)碼(ma)盤(pan)給(gei)出(chu)一(yi)係(xi)列(lie)脈(mai)衝(chong)，然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)旋(xuan)轉(zhuan)方(fang)向(xiang)用(yong)計(ji)數(shu)器(qi)對(dui)這(zhe)些(xie)脈(mai)衝(chong)進(jin)行(xing)加(jia)減(jian)計(ji)數(shu)，以(yi)此(ci)來(lai)表(biao)示(shi)轉(zhuan)過(guo)的(de)角(jiao)位(wei)移(yi)量(liang)。增(zeng)量(liang)式(shi)光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)結(jie)構(gou)示(shi)意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)1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chengn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
；dangzhumapanshangdetoumingquzhenghaoyujianxiangpanshangdetoumingzhaifengduiqishi，guangxianquanbutongguo
，guangdianbianhuanqishuchudianyaweizuida。zhumapanmeizhuanguoyigekexianzhouqi
，guangdianbianhuanqijiangshuchuyigejinsidezhengxianbodianya，qieguangdianbianhuanqiA
、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

guangdianbianmaqideguangyuanzuichangyongdeshizishenyoujuguangxiaoguodefaguangerjiguan。dangguangdianmapansuigongzuozhouyiqizhuandongshi
，guangxiantouguoguangdianmapanheguanglanbanxiafeng，xingchenghuminghuandeguangxinhao。guangminyuanjianbaciguangxinhaozhuanhuanchengdianmaichongxinhao，tongguoxinhaochulidianluhou

，xiangshukongxitongshuchumaichongxinhao，yekeyoushumaguanzhijiexianshiweiyiliang。

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7所suo示shi就jiu是shi帶dai判pan位wei光guang電dian裝zhuang置zhi的de二er進jin製zhi循xun環huan碼ma盤pan。該gai碼ma盤pan最zui外wai圈quan上shang的de信xin號hao位wei的de位wei置zhi正zheng好hao與yu狀zhuang態tai交jiao線xian錯cuo開kai，隻zhi有you當dang信xin號hao位wei處chu的de光guang電dian元yuan件jian有you信xin號hao時shi才cai讀du數shu，這zhe樣yang就jiu不bu會hui產chan生sheng非fei單dan值zhi性xing誤wu差cha。

圖7帶判位光電裝置的二進製循環碼盤