旋轉(zhuǎn)編碼器是由光柵盤（又叫分度碼盤）和光電檢測裝置（又叫接收器）組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光柵盤與電機同軸，電機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電機同速旋轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管垂直照射光柵盤，把光柵盤圖像投射到由光敏元件構(gòu)成的光電檢測裝置（接收器）上，光柵盤轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的光變化經(jīng)轉(zhuǎn)換后以相應的脈沖信號的變化輸出。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料等。玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高。金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性也比玻璃的差一個數(shù)量級。塑料碼盤成本低廉，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

編碼器以信號原理來分，有增量式編碼器（SPC）和絕對式編碼器（APC），顧名思義，絕對式編碼器可以記錄編碼器在一個絕對坐標系上的位置，而增量式編碼器可以輸出編碼器從預定義的起始位置發(fā)生的增量變化。增量式編碼器需要使用額外的電子設備（通常是PLC、計數(shù)器或變頻器）以進行脈沖計數(shù)，并將脈沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為速度或運動數(shù)據(jù)，而絕對式編碼器可產(chǎn)生能夠識別絕對位置的數(shù)字信號。綜上所述，增量式編碼器通常更適用于低性能的簡單應用，而絕對式編碼器則是更為復雜的關鍵應用的最佳選擇--這些應用具有更高的速度和位置控制要求。輸出類型取決于具體應用。

1、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理

增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過兩個光敏接收管來轉(zhuǎn)化角度碼盤的時序和相位關系，得到角度碼盤角度位移量的增加（正方向）或減少（負方向）。

增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理如下圖所示。

圖中A、B兩點的間距為S2，分別對應兩個光敏接收管，角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。

當角度碼盤勻速轉(zhuǎn)動時，可知輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值相同，同理，當角度碼盤變速轉(zhuǎn)動時，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。

通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序為：

我們把當前的A、B輸出值保存起來，與下一個到來的A、B輸出值做比較，就可以得出角度碼盤轉(zhuǎn)動的方向

如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，再除以所用的時間，就得到此次角度碼盤運動的角速度

S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。

我們常用的鼠標的滾輪也是這個原理。

實際使用的增量式編碼器輸出三組方波脈沖A、B和Z（有的叫C相）相。A、B兩組脈沖相位差90o，可以判斷出旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度。而Z相脈沖又叫做零位脈沖（有時也叫索引脈沖），為每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈沖，Z相脈沖代表零位參考位，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位，專門用于基準點定位，如下圖所示。

增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應的脈沖輸出，其計數(shù)起點可以任意設定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)動一圈會輸出固定的脈沖數(shù)，脈沖數(shù)由編碼器碼盤上面的光柵的線數(shù)所決定，編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少通或暗的刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或稱作多少線，一般在每轉(zhuǎn)5~10000線，當需要提高分辯率時，可利用90度相位差的A、B兩路信號進行倍頻或者更換高分辯率編碼器。

增量型編碼器精度取決于機械和電氣的因素，這些因素有：光柵分度誤差、光盤偏心、軸承偏心、電子讀數(shù)裝置引入的誤差以及光學部分的不精確性，誤差存在于任何編碼器中。

編碼器的信號輸出有正弦波（電流或電壓）、方波（TTL、HTL）等多種形式。并且都可以用差分驅(qū)動方式，含有對稱的A+/A-、B+/B-、Z+/Z-三相信號，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，信號穩(wěn)定衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離，例如：對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。

2、增量式編碼器的分類

（1）單通道增量式編碼器內(nèi)部只有一對光電耦合器，只能產(chǎn)生一個脈沖序列。

（2）AB相編碼器內(nèi)部有兩對光電耦合器，輸出相位差為90°的兩組脈沖序列。正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時兩路脈沖的超前、滯后關系剛好相反。由下圖可知，在B相脈沖的上升沿，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時A相脈沖的電平高低剛好相反，因此使用AB相編碼器，PLC可以很容易地識別出轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方向。

需要增加測量的精度時，可以采用4倍頻方式，即分別在A、B相波形的上升沿和下降沿計數(shù)，分辨率可以提高4倍，但是被測信號的最高頻率相應降低。

（3）三通道增量式編碼器內(nèi)部除了有雙通道增量式編碼器的兩對光電耦合器外，在脈沖碼盤的另外一個通道有1個透光段，每轉(zhuǎn)1圈，輸出1個脈沖，該脈沖稱為Z相零位脈沖，用做系統(tǒng)清零信號，或坐標的原點，以減少測量的積累誤差。

3、編碼器的選型

首先根據(jù)測量要求選擇編碼器的類型，增量式編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)等于它的光柵的線數(shù)。在設計時應根據(jù)轉(zhuǎn)速測量或定位的度要求，和編碼器的轉(zhuǎn)速，來確定編碼器的線數(shù)。編碼器安裝在電動機軸上，或安裝在減速后的某個轉(zhuǎn)軸上，編碼器的轉(zhuǎn)速有很大的區(qū)別。還應考慮它發(fā)出的脈沖的最高頻率是否在PLC的高速計數(shù)器允許的范圍內(nèi)。

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