光电轴角编码器的编码方式及其发展趋势

光电编码器的研究现状和发展【摘要】：光电编码器是高精度控制系统常采用的角位移检测传感器，其精度和分辨率主要决定于每转输出脉冲数，也是目前应用最多的传感器之一。

【关键词】：光电编码器；传感器中国分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1002-6908(2007)0120090-01近年来，DSP的应用日趋广泛，而随着DSP价格的大幅下降，性能却不断提高，使其成为了当前产量和销售量增长最快的电子产品之一，DSP的应用也几乎遍及了整个电子领域。

DSP是一种专门用来实现信号处理算法的微处理器芯片，主要优点有：硬件乘法器，哈佛总线结构，多种寻址方式，零耗循环，程序执行时间可预测等。

1. 光电编码器的基本原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，这是目前应用最多的传感器之一。

光电编码器的工作原理如图1 所示，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。

当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有相标志，每转一圈输出一个脉冲。

此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差为90 的两路脉冲信号，如图1所示。

图 1 光电编码器原理图2. 光电编码器的应用2.1光电编码器在控制系统中的应用光电编码器是高精度控制系统常采用的角位移检测传感器，其精度和分辨率主要决定于每转输出脉冲数。

对于一般的编码器,厂家给出的A、B 两相相互差异90度的方波脉冲,是用4 个光电元件相当于等间距安放在一个栅距的距离上产生出的信号。

因此,A,B 两相脉冲的每个前沿和后沿实际上都对应着1/4 栅距的位移信息。

也就是说,脉冲当量的1/4 才是光电编码器的可利用的最高精度,这可由四倍频电路实现。

当然,要实现高精度计算机车速控制系统,不仅要有高分辨率的检测元件,还要有与之配套的接口电路和控制电路及执行机构。

2.2 光电编码器在测速系统中的应用2.2.1 光电编码器的测速原理采用光电编码器完成反馈控制的原理如图2 所示。

编码器的应用现状分析与展望文章通过对目前市场中常用编码器的结构、原理、分类的阐述，对编码器的应用现状进行了具体的论述，并对编码器的控制精度对编码器的重要性进行了探讨，最后对编码器未来的发展趋势进行了展望，为编码器的推广应用提供了支撑。

标签：编码器；应用现状；绝对值型；增量型引言在机电一体化迅速发展的今天，传感器作为信息反馈装置，对由计算机、信息反馈机构、执行机构所构成的开、闭环系统的控制精度有着极为重要的影响，而编码器是将数字化信息转化成角度、长度等可执行变量的重要工具，如通过光电转换将传感器测得机械几何位移量转换成脉冲量或数字量，旋转编码器将角度、转速等物理量转化成数字脉冲电信号。

在机电一体化系统中，编码器具有机构紧凑、安装方便、重量轻、维护容易的特点，而且工作可靠、精度高、反应快，在自动测量以及自动控制等自动化领域得到了广泛的应用。

文章对编码器的结构、工作原理以及应用现状的具体论述，并对其未来发展趋势进行了展望，为编码器的推广应用提供了支持。

1 编码器的应用现状1.1 编码器的种类及原理编码器通常由光栅盘和光电检测装置两部分组成，其工作原理为：光栅盘在圆板上均匀的开通固定个数的长方形孔，工作时圆盘旋转，电子检测装置检测输出的脉冲信号，从而达到转化变量的目的。

编码器按照信号的原理可以分为绝对值型编码器和增量型编码器，按照测量方式的不同可以分为行程编码器和角度测量编码器，下面对其进行具体的分析和阐述。

增量型编码器将位移变量转换成周期性的电信号，再将这些电信号转化成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小并传输给计算机。

其工作过程是：在中心有轴的光电码盘上面有环形通、暗的刻线，光电码盘的一侧有光电发射设备，另外一侧有接收检测器件，光电盘会随着被测量的旋转而发生变化，从而达到测量速度、旋转方向、移动角度及相对距离的目的。

增量型编码器在使用过程中仍然有一定的缺陷，主要是因为增量型编码器记录初始位置要依靠计数设备的内部记忆，一旦发生断电或者外部干扰导致脉冲丢失，编码器的零点就会发生偏移，而且偏移量无法通过计算获得，更无法进行自我修正，只有出现了过于明显的错误结果才能知道。

光电编码器的特性和应用一、光电编码器的定义光电编码器是一种测量装置，用于测量旋转运动或线性运动的位置、速度、加速度等参数，是机器人、数控机床、数码相机、医疗设备、航空航天等机电一体化行业中的基础部件。

二、光电编码器的特性光电编码器具有以下几个特性：1. 高分辨率和精度：光电编码器采用高精度的光学传感技术，可以将旋转角度、线性位移等微小变化转化成数字信号，实现高分辨率和高精度的测量。

2. 高速度：光电编码器可以实现高速旋转或线性运动的测量，最高可达数十万转每分钟或多米每秒的速度。

3. 耐用性强：光电编码器的外壳通常采用轻质金属材料或高强度塑料，具有很好的机械强度和抗腐蚀性，适合在恶劣环境下使用。

4. 集成度高：光电编码器可以与其他测量设备或自动化系统集成，实现自动控制、自适应控制等功能。

5. 安装方便：光电编码器可以安装在机械或电子设备上的特定位置，通常是输出轴、电机轴和传感器轴等部位，组装和调试方便，不影响设备的整体紧凑性。

三、光电编码器的应用光电编码器广泛应用于各类机电一体化设备中，如机器人、数控机床、数码相机、医疗设备、航空航天等行业。

1. 机器人：机器人需要精确控制臂的位置、朝向和速度，这需要使用光电编码器来实现高精度运动控制。

2. 数控机床：数控机床需要实现高速切削和旋转，这需要使用光电编码器来测量各个轴的位置和速度。

3. 数码相机：数码相机需要实现高速快门和自动对焦，这需要使用光电编码器来测量镜头的移动和旋转。

4. 医疗设备：医疗设备需要实现高精度的手术、检查和治疗，这需要使用光电编码器来测量各个部位的位置和运动速度。

5. 航空航天：航空航天需要实现高速飞行和精确导航，这需要使用光电编码器来测量飞机、卫星等的位置和速度。

四、光电编码器的发展趋势随着信息化和智能化的发展，光电编码器也呈现出以下几个发展趋势：1. 高性能：光电编码器会逐渐向高分辨率、高精度、高速度、高耐用性的方向发展。

2. 多功能：光电编码器将逐步实现多轴测量、多参数测量、多系统集成的功能。

2024年光学编码器市场前景分析1. 引言光学编码器是一种转换机械运动为电信号的装置，通过测量旋转或线性位移来提供准确的位置、速度和方向信息。

光学编码器广泛应用于工业自动化、机械制造、机器人技术等领域。

本文将对光学编码器市场的发展趋势、竞争格局和未来前景进行分析。

2. 市场发展趋势2.1 技术进步驱动市场增长随着科技的进步和制造业的发展，对精确测量和控制位置信息的需求日益增长。

光学编码器作为一种高精度、高稳定性的测量设备，正受到越来越多行业的青睐。

随着光学技术和电子技术的不断创新，光学编码器的精度、分辨率和响应速度不断提高，进一步推动了市场的增长。

2.2 工业自动化需求推动市场需求工业自动化是光学编码器市场的主要推动力之一。

在汽车制造、机械加工、半导体生产等领域，光学编码器被广泛应用于运动控制、精确定位和工艺监测等方面。

随着工业自动化程度的提高和生产效率的要求，对光学编码器的需求将进一步增加，推动市场持续发展。

2.3 互联网和物联网的快速发展随着互联网和物联网技术的快速发展，光学编码器得到了更广泛的应用。

光学编码器可以将位置信息通过网络传输，实现实时监控和远程控制。

在智能家居、无人驾驶和智能制造等领域，光学编码器将扮演更加重要的角色。

预计随着物联网应用的普及，光学编码器市场将得到进一步发展。

3. 市场竞争格局光学编码器市场具有一定的竞争度，主要厂商包括德国的Heidenhain、瑞士的POSITAL、美国的Dynapar等。

这些厂商在技术研发、产品质量和市场渗透力方面都具有一定优势。

同时，国内的一些厂商也逐渐崭露头角，例如沈阳新松机器人、南京高斯光电等。

市场竞争主要集中在产品性能、价格和服务等方面。

4. 市场前景展望光学编码器市场的前景十分广阔。

随着制造业的升级和工业自动化需求的增长，光学编码器的市场需求将持续增加。

同时，互联网和物联网的快速发展将为光学编码器的应用带来更多机遇。

未来，光学编码器的发展方向主要包括提高分辨率、降低功耗、增强抗干扰能力等。

光电轴角编码器的原理及应用_李葆勇光电轴角编码器由透明码盘和光电检测装置组成。

透明码盘上有一组点阵状的透明条纹，光电检测装置上分别配有发送光电器和接收光电器。

当传动装置使得透明码盘旋转时，透明条纹会不断遮挡和透过光电检测装置中的光线，从而产生电信号。

接收光电器接收到的光信号会通过解码器进行处理，得到准确的角度信息。

1.机械制造：光电轴角编码器可以用于测量机械设备的旋转角度，如机床、数控机床、机器人等，实现精确的运动控制和定位。

2.自动化控制：光电轴角编码器可用于工业自动化领域，如流水线控制、机械臂控制等，实现精确的位置、速度和角度测量。

3.航空航天：光电轴角编码器在航空航天领域也有着重要的应用，如飞机航向控制、航空器的姿态控制等，确保飞行的精确性和安全性。

4.仪器仪表：光电轴角编码器可用于测量仪器仪表中的旋转或转角，如测角仪、显微镜、望远镜等，实现高精度的测量和观测。

5.医疗设备：光电轴角编码器在医疗设备中也有广泛应用，如手术机器人、骨科导航系统等，能够帮助医生实现精确的手术操作和导航。

总之，光电轴角编码器作为一种精密的角度测量传感器，广泛应用于机械制造、自动化控制、航空航天、仪器仪表、医疗设备等领域，提高了产品的质量和生产效率，促进了科技的发展。

第41卷第1期2021年2月振动、测试与诊断Vol.41No.1Feb.2021 Journal of Vibration，Measurement&Diagnosis绝对式光电编码器的编码理论研究进展∗张建辉，陈震林，张帆（广州大学机械与电气工程学院广州，510006）摘要介绍了用于角度测量的绝对式光电旋转编码器的编码理论研究概况，具体包括反射式格雷码、矩阵码、m序列码和单码道格雷码的绝对位置编码方法和编码特征。

绝对位置编码的发展过程是以唯一性和单变性为基础特性，以单码道性为最终目标进行编码矩阵列数的缩减。

目前，编码类型的发展经历了n条码道的反射式格雷码、n/3条码道矩阵码、2条码道的m序列码以及1条码道的单码道格雷码，已经达到单码道的最终目标。

由于单码道格雷码编码理论尚不完善，仍依赖搜索获得编码，因此其快速构造方法是未来绝对位置编码理论的发展方向。

最后，对近几年发展起来的基于图像传感器的非编码测量方法进行了介绍和展望，该方法是对传统测量方法的颠覆，有望成为光电式旋转编码器的另一个发展方向。

关键词角度测量；旋转编码器；绝对位置编码；图像式编码器中图分类号TH712；TH741引言角位置测量是一种非常古老的测量需求，实现测量的各种技术随着人类科技的发展一起经过了漫长的变革。

人类早期利用物理现象实现测量的目的是从“立竿见影”开始的。

在对地球和太阳系有了深刻认识后，人们可以进行更加精确的测量，出现了应用相同原理的日晷。

使用晷针代替竹竿，用具有信息提示和分区结构的晷面替代大地，晷针设计成与地球的自转轴平行，晷面设计为与地球赤道面平行，按照晷影的指示读取相应信息实现了时间和日期的测量。

晷面的实质就是一个与地球同步转动且带有信息的圆盘，日晷的测量实质就是地球自转和公转的角位移。

随着19世纪末电子技术的兴起，旋转式和直线式电位计实现了运动部件的三维多自由度的电子检测和控制。

20世纪初，第二次工业革命加速了旋转编码器的广泛应用，其测量方法多次发生革命性变革，从最初的接触式电刷结构发展为非接触式结构，应用的物理原理从电磁耦合感应原理、电容原理、霍尔原理最终发展为光电非接触式编码器。

光电编码器介绍1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。

这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。

光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。

由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90旱牧铰仿龀逍藕拧根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。

根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90海佣煞奖愕嘏卸铣鲂较颍鳽相为每转一个脉冲，用于基准点定位。

它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。

其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。

这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。

显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。

目前国内已有16位的绝对编码器产品。

绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。

绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。

文章编号　1004-924X (2000)02-0198-05光电轴角编码器的发展动态董莉莉,熊经武,万秋华(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春　130022)摘要:光电轴角编码器,又称光电角位置传感器,是一种集光、机、电为一体的数字测角装置。

由于它结构简单,分辨率高,精度高,因此已被广泛应用在精密角位置的测量、数控及数显系统中。

本文主要介绍了光电轴角编码器在国内外的发展现状,并说明了其工作原理及发展历史。

针对光电轴角编码器的某些关键技术,我们也对其未来的发展趋势进行了扼要阐述。

关　键　词:光电轴角编码器;现状;发展趋势中图分类号:T P 212.14 文献标识码:A1　引 言 光电轴角编码器,又称光电角位置传感器。

它以高精度计量圆光栅为检测元件,通过光电转换,将输入的角位置信息转换成相应的数字代码,并可与计算机及显示装置相连接,不仅能够实现数字测量与数字控制,而且与其它同类用途的传感器相比,具有精度高,测量范围广,体积小、重量轻,使用可靠,易于维护等优点,具有较高的性能价格比,因此已普遍应用在雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域,是自动化设备理想的角度传感器。

2　现 状2.1　工作原理ig.1　T he w o rking pr inciple o f pho toelectr ic ro tar y encoder 典型的光电轴角编码器结构原理如图1所示,它由轴系,光栅付,光源及光电接收元件组成。

当与主轴相连的主光栅随主轴一起旋转时,和指示光栅相重叠形成莫尔条纹,通过光电转换后输出与转角相对应的光电位移信号,经过电子学处理,并与计算机和显示装置连接后,便可实现角位置的实时控制与测量。

2.2　分　类根据形成代码的方式不同,光电轴角编码器分为增量式和绝对式两大类。

增量式编码器的码盘如图2(a)所示,其码盘的刻线间距均一,对应每一个分辨率区间,可输出一个增量脉冲,计数器相对于基准位置(零位)对输出脉冲进行累加计数。

光电编码器的应用与发展光电编码器的应用与发展2012-7-16(XXXX, XXXX, XXXX)摘要：为了解光电编码器应用与发展趋势，通过描述光电编码器的分类及其特点、国内外发展现状以及其应用，指出了光电编码器在数控机床、机器人、高精度闭环调速系统、伺服系统等领域中得到了广泛的应用，并且朝着高精度、高分辨率、高频响、小型化、智能化、标准化等方向发展。

关键词：光电编码器；增量式；绝对式；数控系统Application and Development of Photoelectric EncoderXXX(XXXX, XXXX, XXXX)Abstract: In order to understand the application and development of the photoelectric encoder, described the classification, characteristics, domestic and foreign present situation, application of photoelectric encoder. It points out that the photoelectric encoder has a wide range of application in the field of NC machine, robot, high precision closed loop speed regulation system, servo system and so on. And high-precision, high-resolution, high-frequency, miniaturization, intelligence, and standardization will become the development trend of photoelectric encoder.Keywords: photoelectric encoder increment type absolute type numerical control system0 引言光电编码器[1]是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转化成脉冲或数字量的传感器，其分辨率高、精度高、结构简单、体积小、使用可靠等优点使其在数控机床、机器人、高精度闭环调速系统、伺服系统等领域中得到了广泛的应用。

光电编码器的理论研究光电编码器的理论研究【摘要】本文从光电编码器的根本工作原理及常用的编码方法介绍入手，并在此根底上对光电编码器的具体应用及其开展趋势进行了研究。

期望通过本文的研究能够对推动光电编码器的开展有所帮助。

【关键词】光电编码器；码盘；应用一、光电编码器概述光电编码器归属于数字式传感器的范畴，它集光、机、电与一身，借助信号转换完成测量。

在科学技术不断开展的推动下，光电编码器的应用不但越来广泛，而且在生产和生活中所起的作用也越来越重要。

光电编码器的优点在于抗干扰能力强、结构多样、测量精确度高、分辨率高、使用寿命长等等。

目前，光电编码器在医疗卫生、工业生产、商务办公、交通运输等等诸多领域当中都有应用。

不仅如此，微型的光电编码器还被应用于军用领域中，这在一定程度上提高了我国军用装备的整体水平。

光电编码器的根本工作原理1.光电编码器的构成目前，应用比拟普遍的光电编码器一般都是由光源、码盘、接收元件、放大电路、电源、接口电路、转换电路、角度输出接口以及测速接口电路等几个局部构成。

2.工作原理在整个光电编码器装置当中，码盘是比拟重要的元器件之一，它的作用是贮存轴角绝对位置信息，一般都被固定于轴系上，并随着轴的旋转而旋转。

通常情况下，码盘上刻划的均为同心圆码道，各个码道均是由扇形图案组成，这些扇形图案有分为透光和不透光两种，具体用来表示角度代表的一位变量。

当光源经由码盘及副尺后会被光电接收器读取，由此可以转换为电信号，这局部信号经过放大电路之后，再通过接口电路处理便会进入到数据系统当中；当单片机采集到相关数据之后，会自动进行精码细分，同时对粗码进行二进制处理，使其转变为自然二进制码，然后以精码为根底，对粗码进行校正，最终形成总代码，并利用角度接口完成角度位置信息的输出。

常用的编码方法1.增量式编码器这是目前应用较为普遍的光电编码器之一，这种编码器一般每输出一个脉冲信号就代表有一个增量位移，由此可以产生出于位移增量等值的脉冲信号，但却并不能通过该脉冲信号确定出增量的准确位置。