增量式光電編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移，但是不能
通過輸出脈沖區(qū)別出在哪個(gè)位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào)，其作用
是提供一種對(duì)連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感方法，它是相對(duì)于某
個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置增量，不能夠直接檢測(cè)出軸的絕對(duì)位置信息。一般來說，增量式光電編
碼器輸出A、B 兩相互差90°電度角的脈沖信號(hào)（即所謂的兩組正交輸出信號(hào)），從而可方
便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。同時(shí)還有用作參考零位的Z 相標(biāo)志（指示）脈沖信號(hào)，碼盤每旋轉(zhuǎn)
一周，只發(fā)出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)。標(biāo)志脈沖通常用來指示機(jī)械位置或?qū)Ψe累量清零。
增量式光電編碼器主要由光源、碼盤、檢測(cè)光柵、光電檢測(cè)器件和轉(zhuǎn)換電路組成，如圖
1-1 所示。碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周
期；檢測(cè)光柵上刻有A、B 兩組與碼盤相對(duì)應(yīng)的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測(cè)
器件之間的光線。它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等，并且兩組透光縫隙錯(cuò)開1/4 節(jié)距，使得
光電檢測(cè)器件輸出的信號(hào)在相位上相差90°電度角。當(dāng)碼盤隨著被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)光柵
不動(dòng)，光線透過碼盤和檢測(cè)光柵上的透過縫隙照射到光電檢測(cè)器件上，光電檢測(cè)器件就輸出
兩組相位相差90°電度角的近似于正弦波的電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理，可以
得到被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。增量式光電編碼器輸出信號(hào)波形如圖1-2 所示。
增量式光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)是：原理構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長(zhǎng)，可達(dá)到幾萬(wàn)
小時(shí)以上；分辨率高；抗干擾能力較強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)，可靠性較高。其缺點(diǎn)是它無法
直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的絕對(duì)位置信息。
圖 1-2 增量式光電編碼器的輸出信號(hào)波形
1.2.2 基本技術(shù)規(guī)格
在增量式光電編碼器的使用過程中，對(duì)于其技術(shù)規(guī)格通常會(huì)提出不同的要求，其中最關(guān)
鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號(hào)的穩(wěn)定性、響應(yīng)頻率、信號(hào)輸出形式。
（1）分辨率
光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周所產(chǎn)生的輸出信號(hào)基本周期數(shù)來表示的，即
脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（PPR）。碼盤上的透光縫隙的數(shù)目就等于編碼器的分辨率，碼盤上刻的縫隙越多，
編碼器的分辨率就越高。在工業(yè)電氣傳動(dòng)中，根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，可選擇分辨率通常在
500~6000PPR 的增量式光電編碼器，最高可以達(dá)到幾萬(wàn)PPR。交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中通
常選用分辨率為2500PPR 的編碼器。此外對(duì)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，可以得到2 倍頻
或4 倍頻的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)一步提高分辨率。
（2）精度
增量式光電編碼器的精度與分辨率完全無關(guān)，這是兩個(gè)不同的概念。精度是一種度量在
所選定的分辨率范圍內(nèi)，確定任一脈沖相對(duì)另一脈沖位置的能力。精度通常用角度、角分或
角秒來表示。編碼器的精度與碼盤透光縫隙的加工質(zhì)量、碼盤的機(jī)械旋轉(zhuǎn)情況的制造精度因
素有關(guān)，也與安裝技術(shù)有關(guān)。
（3）輸出信號(hào)的穩(wěn)定性
編碼器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性是指在實(shí)際運(yùn)行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸
出信號(hào)穩(wěn)定性的主要因素是溫度對(duì)電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源
特性的變化。由于受到溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不能保持規(guī)定的輸出特性，
在設(shè)計(jì)和使用中都要給予充分考慮。
（4）響應(yīng)頻率
編碼器輸出的響應(yīng)頻率取決于光電檢測(cè)器件、電子處理線路的響應(yīng)速度。當(dāng)編碼器高速
旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號(hào)頻率將會(huì)很高。如果光電檢測(cè)器件和電
子線路元器件的工作速度與之不能相適應(yīng)，就有可能使輸出波形嚴(yán)重畸變，甚至產(chǎn)生丟失脈
沖的現(xiàn)象。這樣輸出信號(hào)就不能準(zhǔn)確反映軸的位置信息。所以，每一種編碼器在其分辨率一
定的情況下，它的最高轉(zhuǎn)速也是一定的，即它的響應(yīng)頻率是受限制的。編碼器的最大響應(yīng)頻
率、分辨率和最高轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如公式（1-1）所示。
（5）信號(hào)輸出形式
在大多數(shù)情況下，直接從編碼器的光電檢測(cè)器件獲取的信號(hào)電平較低，波形也不規(guī)則，還不能適應(yīng)于控制、信號(hào)處理和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊蟆Ｋ?，在編碼器內(nèi)還必須將此信號(hào)放大、
整形。經(jīng)過處理的輸出信號(hào)一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波輸出信號(hào)容易進(jìn)行數(shù)字
處理，所以這種輸出信號(hào)在定位控制中得到廣泛的應(yīng)用。采用正弦波輸出信號(hào)時(shí)基本消除了
定位停止時(shí)的振蕩現(xiàn)象，并且容易通過電子內(nèi)插方法，以較低的成本得到較高的分辨率。
增量式光電編碼器的信號(hào)輸出形式有：集電極開路輸出（Open Collector）、電壓輸出
（Voltage Output）、線驅(qū)動(dòng)輸出（Line Driver）、互補(bǔ)型輸出（Complemental Output）和推挽
式輸出（Totem Pole）。
集電極開路輸出這種輸出方式通過使用編碼器輸出側(cè)的NPN 晶體管，將晶體管的發(fā)
射極引出端子連接至0V，斷開集電極與+Vcc 的端子并把集電極作為輸出端。在編碼器供電
電壓和信號(hào)接受裝置的電壓不一致的情況下，建議使用這種類型的輸出電路。輸出電路如圖
1-3 所示。主要應(yīng)用領(lǐng)域有電梯、紡織機(jī)械、注油機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、切割機(jī)械、印刷機(jī)械、
包裝機(jī)械和針織機(jī)械等。
圖 1-3 集電極開路輸出電路
電壓輸出 這種輸出方式通過使用編碼器輸出側(cè)的 NPN 晶體管，將晶體管的發(fā)射極引
出端子連接至0V，集電極端子與+Vcc 和負(fù)載電阻相連，并作為輸出端。在編碼器供電電壓
和信號(hào)接受裝置的電壓一致的情況下，建議使用這種類型的輸出電路。輸出電路如圖1-4 所
示。主要應(yīng)用領(lǐng)域有電梯、紡織機(jī)械、注油機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、切割機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)
械和針織機(jī)械等。
圖 1-4 電壓輸出電路
線驅(qū)動(dòng)輸出這種輸出方式將線驅(qū)動(dòng)專用IC 芯片（26LS31）用于編碼器輸出電路，由
于它具有高速響應(yīng)和良好的抗噪聲性能，使得線驅(qū)動(dòng)輸出適宜長(zhǎng)距離傳輸。輸出電路如圖
1-5 所示。主要應(yīng)用領(lǐng)域有伺服電機(jī)、機(jī)器人、數(shù)控加工機(jī)械等。
圖 1-5 線驅(qū)動(dòng)輸出電路
互補(bǔ)型輸出這種輸出方式由上下兩個(gè)分別為PNP 型和NPN 型的三極管組成，當(dāng)其中
一個(gè)三極管導(dǎo)通時(shí)，另外一個(gè)三極管則關(guān)斷。這種輸出形式具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，
因此在低阻抗情況下它也可以提供大范圍的電源。由于輸入、輸出信號(hào)相位相同且頻率范圍
寬，因此它適合長(zhǎng)距離傳輸。輸出電路如圖1-6 所示。主要應(yīng)用于電梯領(lǐng)域或?qū)Ｓ妙I(lǐng)域。
圖 1-6 互補(bǔ)型輸出電路
推挽式輸出這種輸出方式由上下兩個(gè) NPN 型的三極管組成，當(dāng)其中一個(gè)三極管導(dǎo)通
時(shí)，另外一個(gè)三極管則關(guān)斷。電流通過輸出側(cè)的兩個(gè)晶體管向兩個(gè)方向流入，并始終輸出電
流。因此它阻抗低，而且不太受噪聲和變形波的影響。輸出電路如圖1-7 所示。主要應(yīng)用領(lǐng)
域有電梯、紡織機(jī)械、注油機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、切割機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械和針織機(jī)械等。
圖 1-7 推挽式輸出電路