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1、增量式光电编码器原理及其结构增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于 一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。 它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位 移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于 某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。 一般来说，增量式光电编码器输出A、B两相互差90电度角的脉冲 信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。 同时还有用作参考零位的Z相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一 周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累 量清零。增量式光电
2、编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测 器件和转换电路组成，如图1-1所示。码盘上刻有节距相等的辐射状 透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻 有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电 检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透 光缝隙错开1/4节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90 电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘 和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输 出两组相位相差90电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转 换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。增量
3、式光电 编码器输出信号波形如图1-2所示。光源 码盘翻恍删光毓测转换躺*正弦好方波图1-1增量式光电编码器的组成wu丁wr号目Z图1-2增量式光电编码器的输出信号波形增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平 均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号 传输距离较长，可靠性较高。其缺点是它无法直接读出转动轴的绝对 位置信息。1.2.2基本技术规格在增量式光电编码器的使用过程中，对于其技术规格通常会提出 不同的要求，其中最关键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定 性、响应频率、信号输出形式。（1）分辨率光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号 基本
4、周期数来表示的，即脉冲麴转（PPR）。码盘上的透光缝隙的数 目就等于编码器的分辨率，码盘上刻的缝隙越多，编码器的分辨率就 越高。在工业电气传动中，根据不同的应用对象，可选择分辨率通常 在5006000PPR的增量式光电编码器，最高可以达到几万PPR。交 流伺服电机控制系统中通常选用分辨率为2500PPR的编码器。此外 对光电转换信号进行逻辑处理，可以得到2倍频或4倍频的脉冲信号， 从而进一步提高分辨率。（2）精度增量式光电编码器的精度与分辨率完全无关，这是两个不同的概 念。精度是一种度量在所选定的分辨率范围内，确定任一脉冲相对另 一脉冲位置的能力。精度通常用角度、角分或角秒来表示。编码器的 精
5、度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转情况的制造精度因 素有关，也与安装技术有关。编码器输出信号的稳定性是指在实际运行条件下，保持规定精度 的能力。影响编码器输出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件造 成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源特性的变化。由于受到 温度和电源变化的影响，编码器的电子电路不能保持规定的输出特性， 在设计和使用中都要给予充分考虑。（4）响应频率编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响 应速度。当编码器高速旋转时，如果其分辨率很高，那么编码器输出 的信号频率将会很高。如果光电检测器件和电子线路元器件的工作速 度与之不能相适应，就有可能使输出波形严重
6、畸变，甚至产生丢失脉 冲的现象。这样输出信号就不能准确反映轴的位置信息。所以，每一 种编码器在其分辨率一定的情况下，它的最高转速也是一定的，即它 的响应频率是受限制的。编码器的最大响应频率、分辨率和最高转速 之间的关系如公式（1-1）所示。If 二 R响 xN 皿60其中，菖为最大响应频率、R包胳为最高转速、说为分辨率=.公式1.1在大多数情况下，直接从编码器的光电检测器件获取的信号电平 较低，波形也不规则，还不能适应于控制、信号处理和远距离传输的 要求。所以，在编码器内还必须将此信号放大、整形。经过处理的输 出信号一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波输出信号容易进行数 字处理，所以这种输出信
7、号在定位控制中得到广泛的应用。采用正弦 波输出信号时基本消除了定位停止时的振荡现象，并且容易通过电子 内插方法，以较低的成本得到较高的分辨率。增量式光电编码器的信号输出形式有：集电极开路输出(Open Collector)、电压输出(Voltage Output)、线驱动输出(Line Driver)、 互补型输出(C omplemental Output)和推挽式输出(Totem Pole)。集电极开路输出这种输出方式通过使用编码器输出侧的NPN晶 体管，将晶体管的发射极引出端子连接至0V，断开集电极与+Vcc的 端子并把集电极作为输出端。在编码器供电电压和信号接受装置的电 压不一致的情况下
8、，建议使用这种类型的输出电路。输出电路如图 1-3所示。主要应用领域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、 切割机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。图1-3集电极开路输出电路电压输出这种输出方式通过使用编码器输出侧的NPN晶体管， 将晶体管的发射极引出端子连接至0V，集电极端子与+Vcc和负载电 阻相连，并作为输出端。在编码器供电电压和信号接受装置的电压一 致的情况下，建议使用这种类型的输出电路。输出电路如图1-4所示。 主要应用领域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、 印刷机械、包装机械和针织机械等。图1-4电压输出电路线驱动输出这种输出方式将线驱动专用IC芯片（26LS31）
9、用于 编码器输出电路，由于它具有高速响应和良好的抗噪声性能，使得线 驱动输出适宜长距离传输。输出电路如图1-5所示。主要应用领域有 伺服电机、机器人、数控加工机械等。图1-5线驱动输出电路互补型输出这种输出方式由上下两个分别为PNP型和NPN型的 三极管组成，当其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断。这 种输出形式具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此在低阻抗情况下它也 可以提供大范围的电源。由于输入、输出信号相位相同且频率范围宽， 因此它适合长距离传输。输出电路如图1-6所示。主要应用于电梯领 域或专用领域。屏蔽 外壳地图1-6互补型输出电路推挽式输出这种输出方式由上下两个NPN型的三极管组成，当 其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断。电流通过输出侧的 两个晶体管向两个方向流入，并始终输出电流。因此它阻抗低，而且 不太受噪声和变形波的影响。输出电路如图1-7所示。主要应用领域 有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、包 装机械和针织机械等。图1-7推挽式输出电路
