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发生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，可是不能
经过输出脉冲差异出在哪个方位上的增量。它能够发生与位移增量等值的脉冲信号，其效果
是供给一种对接连位移量离散化或增量化以及位移改变（速度）的传感办法，它是相关于某
个基准点的相对方位增量，不能够直接检测出轴的肯定方位信息。一般来说，增量式光电编
码器输出A、B 两彼此差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），然后可方
便地判别出旋转方向。一起还有用作参阅零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转
一周，只宣布一个标志信号。标志脉冲一般用来指示机械方位或对堆集量清零。
增量式光电编码器首要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器材和转化电路组成，如图
1-1 所示。码盘上刻有节距持平的辐射状透光缝隙，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，用以经过或阻挠光源和光电检测
器材之间的光线。它们的节距和码盘上的节距持平，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得
光电检测器材输出的信号在相位上相差90°电度角。当码盘跟着被测转轴滚动时，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材上，光电检测器材就输出
两组相位相差90°电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转化电路的信号处理，能够
得到被测轴的转角或速度信息。增量式光电编码器输出信号波形如图1-2 所示。
增量式光电编码器的长处是：原理结构简略、易于完成；机械均匀寿命长，可到达几万
小时以上；分辨率高；抗干扰才能较强，信号传输间隔较长，可靠性较高。其缺陷是它无法
直接读出滚动轴的肯定方位信息。
图 1-2 增量式光电编码器的输出信号波形
1.2.2 根本技能标准
在增量式光电编码器的运用过程中，关于其技能标准一般会提出不同的要求，其间最关
键的便是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、呼应频率、信号输出方法。
（1）分辨率
光电编码器的分辨率是以编码器轴滚动一周所发生的输出信号根本周期数来表明的，即
脉冲数/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，依据不同的运用目标，可选择分辨率一般在
500~6000PPR 的增量式光电编码器，最高能够到达几万PPR。沟通伺服电机操控系统中通
常选用分辨率为2500PPR 的编码器。此外对光电转化信号进行逻辑处理，能够得到2 倍频
或4 倍频的脉冲信号，然后进一步进步分辨率。
（2）精度
增量式光电编码器的精度与分辨率彻底无关，这是两个不同的概念。精度是一种衡量在
所选定的分辨率规模内，确认任一脉冲相对另一脉冲方位的才能。精度一般用视点、角分或
角秒来表明。编码器的精度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转状况的制作精度因
素有关，也与设备技能有关。
（3）输出信号的稳定性
编码器输出信号的稳定性是指在实践运转条件下，坚持规则精度的才能。影响编码器输
出信号稳定性的首要因素是温度对电子器材形成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源
特性的改变。因为遭到温度和电源改变的影响，编码器的电子电路不能坚持规则的输出特性，
在规划和运用中都要给予充分考虑。
（4）呼应频率
编码器输出的呼应频率取决于光电检测器材、电子处理线路的呼应速度。当编码器高速
旋转时，假如其分辨率很高，那么编码器输出的信号频率将会很高。假如光电检测器材和电
子线路元器材的作业速度与之不能相适应，就有可能使输出波形严峻畸变，乃至发生丢掉脉
冲的现象。这样输出信号就不能精确反映轴的方位信息。所以，每一种编码器在其分辨率一
定的状况下，它的最高转速也是必定的，即它的呼应频率是受限制的。编码器的最大呼应频
率、分辨率和最高转速之间的联系如公式（1-1）所示。
（5）信号输出方法
在大多数状况下，直接从编码器的光电检测器材获取的信号电平较低，波形也不规则，还不能适应于操控、信号处理和远间隔传输的要求。所以，在编码器内还必须将此信号扩大、
整形。经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波。因为矩形波输出信号简单进行数字
处理，所以这种输出信号在定位操控中得到广泛的运用。选用正弦波输出信号时根本消除了
定位中止时的振动现象，并且简单经过电子内插办法，以较低的本钱得到较高的分辨率。
增量式光电编码器的信号输出方法有：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（Complemental Output）和推挽
式输出（Totem Pole）。
集电极开路输出这种输出方法经过运用编码器输出侧的NPN 晶体管，将晶体管的发
射极引出端子衔接至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
电压和信号承受设备的电压不共同的状况下，主张运用这种类型的输出电路。输出电路如图
1-3 所示。首要运用范畴有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切开机械、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 这种输出方法经过运用编码器输出侧的 NPN 晶体管，将晶体管的发射极引
出端子衔接至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
和信号承受设备的电压共同的状况下，主张运用这种类型的输出电路。输出电路如图1-4 所
示。首要运用范畴有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切开机械、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法将线驱动专用IC 芯片（26LS31）用于编码器输出电路，由
于它具有高速呼应和杰出的抗噪声功能，使得线驱动输出合适长间隔传输。输出电路如图
1-5 所示。首要运用范畴有伺服电机、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法由上下两个分别为PNP 型和NPN 型的三极管组成，当其间
一个三极管导通时，别的一个三极管则关断。这种输出方法具有高输入阻抗和低输出阻抗，
因而在低阻抗状况下它也能够供给大规模的电源。因为输入、输出信号相位相同且频率规模
宽，因而它合适长间隔传输。输出电路如图1-6 所示。首要运用于电梯范畴或专用范畴。
图 1-6 互补型输出电路
推挽式输出这种输出方法由上下两个 NPN 型的三极管组成，当其间一个三极管导通
时，别的一个三极管则关断。电流经过输出侧的两个晶体管向两个方向流入，并一直输出电
流。因而它阻抗低，并且不太受噪声和变形波的影响。输出电路如图1-7 所示。首要运用领
域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切开机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。
图 1-7 推挽式输出电路
