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§ 3.3.2 光电编码器回目录光电编码器能将角位移或线位移信息经过光电转换变成数字量，具有分辨率高，可靠性好，抗干扰能力强，应用范围广等优点。光电编码器可分为 增量式编码器 和 绝对式编码器 。
一．增量式编码器
1．原理上一节增量式编码器的原理是光栅的莫尔条纹。形成莫尔条纹必须由两块栅距相等的光栅组成（
w1=w2），如图 3.3.2－ 1所示。
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§ 3.3.2 光电编码器回目录
2．结构
1）光源
§
光源一般采用近红外发光二极管,此类 LED动态响应快,使用寿命长,发光峰值波长为 0.94μ,
与所使用的光电信息转换器件峰值波长相近,外形尺寸为直径 2mm,长度 5mm,和环氧树脂透镜封装在一起 。
主光栅盘安装在转动轴上，与被测轴连接作同步转动，指示光栅一般不使用整块光栅盘，而是使用光栅的一角，但栅距与主光栅相同。2）光栅盘
3）光电信息转换器件
4）机械结构 光电信息转换器件，也叫光电接收器，
一般使用光敏二极管或光敏三极管，与
LED的峰值波长匹配。实用上一般使用一对光电接收器，放置间距调整到莫尔条纹间距的四分之一，这样两光电接收器输出的信号相位差正好是 900。
安装光栅盘的 转轴通过滚珠轴承与机械外壳连接，外壳由金属封闭，以防电磁场的干扰，实际应用时固定编码器外壳，转动轴与被测轴连接即可。
3．增量式编码器的应用
1）精确测量角度和角位移；
2）精确测量转速；
3）测量线速度，由测量转速间接求得；
4）测量线性位移，由测量角位移间接求得。
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§ 3.3.2 光电编码器回目录
4．信号处理电路信号处理电路框图如图 3.3.2－ 2所示。 当光栅盘转动时，
光电接收器输出近似的正弦信号，经放大后由施密特比较器进行整形。辨向电路如图 3.3.2－
3所示。如编码器正转，则 V1的相位超前 900,V0输出为,1”，控制可逆计数器做加法计数，
反之则 V2的相位超前 900,V0输出为
,0”,控制可逆计数器做减法计数。
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§ 3.3.2 光电编码器回目录
§
二．绝对式编码器
1．原理将光学码盘进行绝对式编码，用透光和不透光表示二进制代码的,1”和,0”，编码方式按二进制码或循环码等规律进行。
2．二进制编码方式将码盘加工成数个码道，每个码道有黑白分明的码字组成，外层码道代表二进制的最低位，最里面的码道代表二进制的最高位，码字的排列按二进制规律进行，图 3.3.2－ 4
为一个由五个码道组成的二进制码盘，图 3.3.2－ 5是编码表及展开图。二进制码盘的码道数 n和码道编码容量 M之间关系为：
M＝ 2 n
角度分辨率 γ 与码道数 n间的关系为
γ ＝ 360o/M＝ 360o/2 n
对应于五个码道,γ ＝ 360/M＝ 360/2 5＝ 11.25 o 。 对于 21
个码道,γ ＝ 0。 68”。
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§
3．循环码编码方式循环码编码的形式有格雷码，周期码，反射码等。
循环码盘的特点是相邻的两组数码之间只有一位是变化的。 因此，即使制作和安装不准，产生的误差最多也不会超过读数的最低位的单位量。任何一位产生延迟或提前进位，产生的误差也只能是,1”。
图 3.3.2－ 6是一种典型的格雷码图案，有五个码道构成，图 3.3.2－ 7是相应的编码表和展开图，其中黑线代表
,0”，白线代表,1”。
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§ 3.3.2 光电编码器回目录循环码的另一个特点是最外层的码字宽比二进制的大一倍，这对减少多码道的码盘直径、光源和光电转换器件的安装调整都带来方便。循环码的缺点是没有固定的权，故很难阅读和计算，实际应用时需将循环码转换成二进制码。
从表 3.3.2－ 1可以看出，
高位二种码的取值相同，
用 C表示二进制,R表示循环码,i表示码道数,I＝ 1，
代表最里层（高位）的码道。
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4．绝对式编码器的结构绝对式编码器由光源、码盘、光电信息转换器件、电路和机械结构组成。
在基体上形成透明和不透明码区的循环码盘，其制成方法是利用一个精密设计制造的母码盘，通过光刻方法复制生产出使用的码盘，码盘的制造精度直接影响编码器的输出精度。
绝对式编码器的内部结构如图 3.3.2－ 8所示。
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§ 3.3.2 光电编码器回目录
§
5．绝对式编码器的特点
1）能反映被测值（角度，位移等）的绝对值，也能测出变化量的相对值（读出初始值和终值），不怕掉电。
2）如测量值大于 360度，则需要用二个码盘，由齿轮精确传动，使大码盘转一周，小码盘转一个单位（ 1
位）。这样，只要读出大码盘和小码盘的值，就可测出较大的角度范围。
3）抗干扰特强，测量精度高，适合生产第一线使用。
4）码盘的码道数增加，分辨率也增加，精度提高，
但尺寸增大，造价昂贵。码道宽度由光电接收器的几何参数和物理特性决定。
§ 3.3.2 光电编码器回目录光电编码器能将角位移或线位移信息经过光电转换变成数字量，具有分辨率高，可靠性好，抗干扰能力强，应用范围广等优点。光电编码器可分为 增量式编码器 和 绝对式编码器 。
一．增量式编码器
1．原理上一节增量式编码器的原理是光栅的莫尔条纹。形成莫尔条纹必须由两块栅距相等的光栅组成（
w1=w2），如图 3.3.2－ 1所示。
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2．结构
1）光源
§
光源一般采用近红外发光二极管,此类 LED动态响应快,使用寿命长,发光峰值波长为 0.94μ,
与所使用的光电信息转换器件峰值波长相近,外形尺寸为直径 2mm,长度 5mm,和环氧树脂透镜封装在一起 。
主光栅盘安装在转动轴上，与被测轴连接作同步转动，指示光栅一般不使用整块光栅盘，而是使用光栅的一角，但栅距与主光栅相同。2）光栅盘
3）光电信息转换器件
4）机械结构 光电信息转换器件，也叫光电接收器，
一般使用光敏二极管或光敏三极管，与
LED的峰值波长匹配。实用上一般使用一对光电接收器，放置间距调整到莫尔条纹间距的四分之一，这样两光电接收器输出的信号相位差正好是 900。
安装光栅盘的 转轴通过滚珠轴承与机械外壳连接，外壳由金属封闭，以防电磁场的干扰，实际应用时固定编码器外壳，转动轴与被测轴连接即可。
3．增量式编码器的应用
1）精确测量角度和角位移；
2）精确测量转速；
3）测量线速度，由测量转速间接求得；
4）测量线性位移，由测量角位移间接求得。
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4．信号处理电路信号处理电路框图如图 3.3.2－ 2所示。 当光栅盘转动时，
光电接收器输出近似的正弦信号，经放大后由施密特比较器进行整形。辨向电路如图 3.3.2－
3所示。如编码器正转，则 V1的相位超前 900,V0输出为,1”，控制可逆计数器做加法计数，
反之则 V2的相位超前 900,V0输出为
,0”,控制可逆计数器做减法计数。
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二．绝对式编码器
1．原理将光学码盘进行绝对式编码，用透光和不透光表示二进制代码的,1”和,0”，编码方式按二进制码或循环码等规律进行。
2．二进制编码方式将码盘加工成数个码道，每个码道有黑白分明的码字组成，外层码道代表二进制的最低位，最里面的码道代表二进制的最高位，码字的排列按二进制规律进行，图 3.3.2－ 4
为一个由五个码道组成的二进制码盘，图 3.3.2－ 5是编码表及展开图。二进制码盘的码道数 n和码道编码容量 M之间关系为：
M＝ 2 n
角度分辨率 γ 与码道数 n间的关系为
γ ＝ 360o/M＝ 360o/2 n
对应于五个码道,γ ＝ 360/M＝ 360/2 5＝ 11.25 o 。 对于 21
个码道,γ ＝ 0。 68”。
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§
3．循环码编码方式循环码编码的形式有格雷码，周期码，反射码等。
循环码盘的特点是相邻的两组数码之间只有一位是变化的。 因此，即使制作和安装不准，产生的误差最多也不会超过读数的最低位的单位量。任何一位产生延迟或提前进位，产生的误差也只能是,1”。
图 3.3.2－ 6是一种典型的格雷码图案，有五个码道构成，图 3.3.2－ 7是相应的编码表和展开图，其中黑线代表
,0”，白线代表,1”。
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§ 3.3.2 光电编码器回目录循环码的另一个特点是最外层的码字宽比二进制的大一倍，这对减少多码道的码盘直径、光源和光电转换器件的安装调整都带来方便。循环码的缺点是没有固定的权，故很难阅读和计算，实际应用时需将循环码转换成二进制码。
从表 3.3.2－ 1可以看出，
高位二种码的取值相同，
用 C表示二进制,R表示循环码,i表示码道数,I＝ 1，
代表最里层（高位）的码道。
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4．绝对式编码器的结构绝对式编码器由光源、码盘、光电信息转换器件、电路和机械结构组成。
在基体上形成透明和不透明码区的循环码盘，其制成方法是利用一个精密设计制造的母码盘，通过光刻方法复制生产出使用的码盘，码盘的制造精度直接影响编码器的输出精度。
绝对式编码器的内部结构如图 3.3.2－ 8所示。
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§
5．绝对式编码器的特点
1）能反映被测值（角度，位移等）的绝对值，也能测出变化量的相对值（读出初始值和终值），不怕掉电。
2）如测量值大于 360度，则需要用二个码盘，由齿轮精确传动，使大码盘转一周，小码盘转一个单位（ 1
位）。这样，只要读出大码盘和小码盘的值，就可测出较大的角度范围。
3）抗干扰特强，测量精度高，适合生产第一线使用。
4）码盘的码道数增加，分辨率也增加，精度提高，
但尺寸增大，造价昂贵。码道宽度由光电接收器的几何参数和物理特性决定。
