光栅编码
光栅编码器
一、光栅位移传感器
二、感应同步器 三、磁栅位移传感器
一、光栅位移传感器
1、光栅的构造：
3 2 1
4
1.标尺光栅 2.指示光栅 3.光电元件 4.光源
一、光栅位移传感器
2、工作原理
把两块栅距W相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间 有较小的夹角θ时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条 纹，这种条纹称莫尔条纹，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的 方向排列，如图所示。
指示光栅 标尺光栅 d f d f d W θ
W/2
d f d f d
d
W/2
B
d
一、光栅位移传感器
莫尔条纹具有如下特点： 1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每 移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条
纹间距B
2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距 B与两光栅条纹夹角之间关系为
第二章 检测与传感器
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
概述 线位移检测传感器 角位移检测传感器 速度、加速度传感器 测力传感器 传感器的正确选择和使用 检测信号的采集与处理
2.1 概述
一、定义及分类：
1、定义：传感器是将力、温度、位移、速 度等量转换成电信号的元件。“传感器技 术是机电一体化的第一基础” 2、分类 物理传感器 按能量变换的功能分：
H
yFS
二、传感器的基本特性
(4).重复性 传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全 量程连续多次重复测量时，所得输出——输入曲线的 不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的 百分数表示，即
Rm 100% 近似计算 γR yFS
光栅尺和编码器介绍
光栅与编码器介绍位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m 达到30m和100m。
光栅与编码器介绍
光栅与编码器介绍位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m达到30m和100m。
microe光栅编码器介绍
MicroE光栅编码器的浅谈MicroE Systems Inc.始建于1994年，是GSI集团精密运动公司的成员公司。
MicroE系统公司提供世界领先技术的光学编码器和精密定位系统。
其产品在数据存储、半导体和电子制造业、自动化及机器人、运动控制子系统和电机、医疗设备、测量和仪表、宇航工程等领域有广泛的应用。
下面我们了解一下光栅编码器一些常用概念：一、编码器的分辨率是指编码器可读取并输出的最小角度变化，对应的参数有：每转刻线数（line）、每转脉冲数（PPR）、最小步距（Step）等。
二、编码器的精度是指编码器输出的信号数据对测量的真实角度的准确度，对应的参数是角度（°）角分（′）、角秒（″）。
三、影响编码器精度有4个部分：1：光学部分2：机械部分3：电气部分4：使用中的安装与传输接收部分，使用后的精度下降，机械部分自身的偏差。
①.编码器光学部分对精度的影响光学码盘—主要的是母板精度、每转刻线数、刻线精度、刻线宽度一致性、边缘精整性等。
光发射源—光的平行与一致性、光衰减。
光接收单元—读取夹角、读取响应。
光学系统使用后的影响—污染，衰减。
例如光学码盘,首先是母板的刻线精度.其次，加工的过程，光学成像的时间，温度，物理化学的变化，污染等，都会影响到码盘刻线的宽度和边缘性。
所以，即使是一样的码盘刻线数，各家能做到的精度也是不同的。
②.编码器机械部分对精度的影响轴的加工精度与安装精度。
轴承的精度与结构精度。
码盘安装的同心度，光学组建安装的精度。
安装定位点与轴的同心度。
例如，就轴承的结构而言，单轴承支撑结构的轴承偏差无法消除，而且经使用后偏差会更大，而双轴承结构或多支承结构，可有效降低单个轴承的偏差。
③.编码器电气部分对精度的影响源的稳定精度—对光发射源与接收单元的影响。
读取响应与电气处理电路带来的误差；电气噪音影响，取决于编码器电气系统的抗干扰能力；例如，如果电子细分，也会带来的误差，按照德国海德汉提供的介绍，海德汉编码器的细分电气误差与正余弦曲线的误差约在原始刻线宽度的1%左右。
光栅、编码器基本知识
光栅、编码器基本知识位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m 达到30m和100m。
圆光栅编码器安装与对准
1 圆光栅编码器误差分析
圆光栅编码器具有高分辨率、高精度、结构简 单和响应速度快等特点，使其在高精度分度盘、精 密转台等精密测量领域得到了广泛的应用。圆光栅 编码器主要有两部分组成：光栅码盘和读数头，读
收稿日期院2018-02-27
46（总第 271 期）A ug援 2018
数头和安装在旋转轴上的光栅码盘相对移动，读数 头将光学信号转为电信号输出，传输到控制系统采 集使用。偏心误差对于测量精度影响非常大，过大 的偏心可能导致编码器在整圈内信号输出不连续。
兹 = tan-1 (着÷R ) = tan-1 [0.003÷（104.3÷2）] = 0.003296°
3 圆光栅光学对准
对于圆光栅，不管是单读头还是双读头，码盘 中心的对准都非常有必要，对于玻璃码盘，栅带一
图 3 偏心误差
般刻画在盘片上，金属光栅钢圈在轴的侧面，这两 种的安装对准稍有不同，钢圈安装可以借用千分 表系统调整安装，对于玻璃码盘我们需要使用光 学仪器做圆心对中，借助工业 CCD 可以很好地进 行安装对准工作，如图 4 所示。
中图分类号院 TH741
文献标识码院 B
文章编号院1004-4507(2018)04-0046-03
Installation and Alignment of Circular Grating Encoder
LIU Shuai (Beijing Smartmotion System Technology Inc.，Beijing 100083，China)
Abstract: Eccentric error is the biggest of the circular grating encoder system can control the error source，through the analysis of the eccentric error research，understand the impact of segregation errors on circular grating measurement precision，find operational scheme for increasing accuracy of circular grating. First，adjusting the center of rotation of circular grating to reduce the mechanical eccentric，and improve the rotary accuracy. Second，using double reading head system can effectively reduce the impact the accuracy of the eccentric error，for about 110 mm in diameter of grating encoder，the level of error can be controlled below 60%. Key words: Circular grating encoder；Circular grating precision；Eccentric error；Double reading head system
光栅尺和编码器介绍
光栅与编码器介绍位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m 达到30m和100m。
编码器与光栅
第4章光电式传感器
2．辨向原理 为了辨别主光栅是向左还是向右移动，可在相隔1/4条纹间的位置上 安装两只光敏元件，这两只光敏元件输出信号 U1 、 U2 的相位差将为 π/2 ， 可以根据它们超前/滞后的关系判别出指示光栅的移动方向，如下图所示。 两种信号经整形后得到方波U1/ 和U2/。U2/ 作为门控信号同U1/的微 分信号一起输入到与门Y1、同U1/倒 相后的微分信号一起输入到与门Y2。 光栅右移时，U2/超前U1/，则先于 U1/的微分信号打开了Y1，可从Y1得 到向右移动脉冲输出（Y1称为右移 动脉冲输出端）；而U1/倒相后的微 分信号到达Y2时Y2已关闭，则Y2 （左移动脉冲输出端）没有输出， 反之亦然。这样就实现了主光栅左 右移动的方向辨别和移动脉冲的输 出。
当指示光栅沿着主光栅刻线的垂直方向移动时，莫尔条纹将会沿着这 两个光栅刻线夹角的平分线的平行方向移动，光栅每移动一个 W ，莫尔 条纹也移动一个间距B。 θ越小，B越大，θ当小于1°以后，可使B>>W，即莫尔现象具有使栅距 放大的作用。因此，读出莫尔条纹的数目比读光栅刻线的数目要方便得 多。通过光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，就可以容易地测 23/48 量莫尔条纹移动数，获取小于光栅栅距的微小位移量。
27/48
第4章光电式传感器
3．细分原理
如果仅以光栅的栅距作其分辨单位，只能读到整数莫尔条纹；倘若要读 出位移为 0.1μm，势必要求每毫米到线 1万条，这是目前工艺水平无法实现的。 如果采用栅距细分技术可以获得更高的测量精度。常用的细分方法有直接倍频 细分法、电桥细分法等。这里仅以四倍频细分为例介绍直接倍频细分法。 在一个莫尔条纹宽度上并列放置四个光电元件，如右下图(a)所示，得到相 位分别相差 π/2四个正弦周期信号。用适当电路处理这些信号，使其合并得到 如右下图 (b)所示的脉冲信号。每个脉冲分别和四个周期信号的零点相对应， 则电脉冲的周期反应了 1/4个莫尔条纹宽度。用计数器对这一列脉冲信号计数， 就可以读到 1/4个莫尔条纹宽度的位移量，这将是光栅固有分辨率的四倍。此 种方法被称为四倍频细分法。
光栅式结构光传感器的编码方法
光栅式结构光传感器的编码方法随着生产自动化水平的提高，人们对生产环节的监控水平的要求也越来越高，视觉检测系统能满足生产线上检测的实时性要求，并且具有一定的柔性，精度适中，因此得到了广泛地应用。
一般来说，视觉检测系统包括结构光传感器、多线结构光传感器、双目视觉传感器。
本文主要讨论多线结构光传感器，即光栅式结构光传感器。
1光栅式结构光传感器原理光栅式结构光传感器是一种基于主动三角法的视觉传感器。
由光投射器在空间投射出一系列光平面，每个光平面通过摄像机建立与象平面间的透视对应，几何结构。
图1光栅式结构光传感器结构在第K个光平面上以O(K)L为原点建立直角坐标系O(K)Lx(K)Ly(K)L,其它为摄像机模型结构。
则有点的象面坐标与其在光平面坐标的关系[1]如下：可见，若要求得点的光平面坐标必须知道点属于哪个光平面。
故光栅式结构光传感器存在着光条的识别问题，通过光条编码可以解决这个问题。
2结构光编码2.1结构光编码问题概述由于线结构光传感器获得的信息较少（只能获得一个光平面内的位置信息），人们相应地开发了光栅式结构光传感器和网格式结构光传感器。
但点的匹配问题也相应地出现了。
为了解决点的对应问题，人们将投射的光进行编码。
Altschulter[2]和Posdamer[3]采用了激光光闸的编码技术。
128×128激光网格通过一个可编程的空间光调制器投射到物体表面，在象面上产生点阵模型。
可编程的空间光调制器[4]通过编程可以使某些激光束通过，而某些激光束被阻挡。
通过对应于不同激光束的一系列图像，可以解决点的对应问题。
文献[5]提出了一种使用灰度码的时间序列编码方案。
对于通常的三维静态物体，这两种方法能够很好地完成点的对应，但对于动态实时的问题这些方法显然不能使用。
对于动态实时的问题，我们希望有一种通过单一图像即可解决点的匹配的方案。
Boyer 和Kav[6]使用一种彩色的光条，通过相邻光条的颜色进行编码。
MicroE的光栅编码器
MicroE的光栅编码器MicroE Systems Inc.是一家总部设在麻萨诸塞州内蒂克市的美国公司，隶属于GSI集团公司精密运动部门。
其主要产品精密光栅编码器居世界领先地位。
更多技术内容及应用请联系北京艾玛特科技有限公司销售主管欧玉涛137******** MicroE的光栅编码器不仅具备高精度、高集成、全系列、低价格，它还拥有体积小、重量轻、高速度、安装快速、调整方便、可编程插补放大及强大的软件管理功能。
所有MicroE激光读数头均可应用于直线和圆形光栅。
MicroE光栅编码器主要有三个系列：(1)MercuryII系列，MicroE公司最新推出的同时适用于金属光栅和玻璃光栅的产品，分辨率可达1.2纳米，单只栅尺长度50米，高速运行；(2)MercuryI系列，主要特点是尺寸小，速度快，精度高，玻璃光栅，分辨率到5纳米，速度可以到7.2米/秒；(3)ChipEncoder 系列，读数头是芯片式，尺寸仅有7x11毫米，分辨率可以到1微米，价格低廉，适于小型设备大批量采购。
美国MicroE公司的光栅编码器具有微型、高速、智能的特点，是运动系统信号反馈的关键部件。
配备特有的智能软件，可以实现对编码器输出频率、分辨率的可编程控制，辅助编码器产品的安装调试，其分辨率范围从5μm到1.2nm，行程最长50米，能够实现用同一个读数头读取圆光栅、直线光栅、金属光栅和玻璃光栅，使用方便。
所有光栅都有零位信号输出，MII系列更具备粘贴式的左右限位，减小安装空间和节约成本。
MicroE公司编码器系列是光栅编码器产品微型化、智能化、高速化的典范。
独特的PuerPrecision光学系统、SmartPrecision电子细分系统和SmartPrecision软件，保证了MicroE编码器多功能和高性能的特性。
MicroE编码器产品现有MercuryII系列、Mercury系列、ChipEncoder系列和DRC系列。
编码器、磁栅、光栅的工作原理及作用
编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。
编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。
这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。
在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。
读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。
此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。
接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。
一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。
故障现象：1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。
要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电子电路来处理。
编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。
一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理. 编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在增量编码器的情况下，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。
在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的； 因此，当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。
如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的； 不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。
现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。
编码器、磁栅、光栅的工作原理及作用
编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。
编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。
这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。
在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。
读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。
此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。
接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。
一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。
故障现象：1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。
要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电子电路来处理。
编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。
一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理. 编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在增量编码器的情况下，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。
在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的； 因此，当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。
如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的； 不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。
现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。
实验五 光栅编码加密防伪样品制作2016
实验五光栅编码加密防伪样品制作实验目的运用光学的莫尔条纹现象进行彩色印刷品的信息加密，制作出具隐藏信息的信息版，实现信息的“加密”。
利用给定的解码片可实现隐藏信息的“解码”。
实验设备Photoshop软件海德堡印刷机放大仪实验关键步骤及要求一、光栅加密信息版的制作（Photoshop软件）要求：在Photoshop中选择合适的参数制作加密信息文件，要求信息隐藏区域的颜色是均匀色，同时注意隐藏色版和颜色的深浅（网点大小中间调为最佳）。
设置加网线数为160lpi，在分辨率为2400dpi下，一个栅距为158.75um由15个像素组成。
1)在Photoshop中打开一张彩色图片，设置图像大小，同时将图像的颜色模式转换为CMYK 模式。
2）分离通道，选择要进行信息隐藏的通道。
3）以在C通道进行信息隐藏为例，在原图中通道选项中选择青色通道右击复制通道，在文档项中选择选择新建，名称改为“C版”，如图1所示。
图1 复制通道4）选择“图像——模式——位图”，选择2400像素/英寸及半调网屏，在半调网屏对话框中选择频率：160线/英寸，角度为75度，形状为：直线。
如图2和图3所示。
图2转为位图图3 设置半调网屏数据5）点击确定以后，选择“图像——模式——灰度”，在大小比例中选择1。
6）复制背景图层，在图像中选择合适的位置进行文字编辑，如图4所示，并对文字进行栅格化。
图4 在原图合适的位置进行文字编辑图5 通过拷贝图层7）按住Ctrl键，点击文字图层“北京印刷学院”的方框图标，选中文字选区，然后在图层面板上选中背景副本，接着快捷键Ctrl+j(通过拷贝的图层）拷贝出文字部分的选区至新图层一（该操作步骤相当于将文字选区拷贝到了图层1）。
隐藏图层“北京印刷学院”。
如图5所示。
8）选中图层面板中的“背景副本”，按住Ctrl的同时点击“图层1”的方框，选中隐藏图像选区，按Delete键将图层一中文字选区内的线条去除。
选中背景副本图层，按住Ctrl 键，点击移动工具，按右方向键右移2个单位。
编码器、磁栅、光栅的工作原理及作用
编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。
编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。
这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。
在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。
读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。
此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。
接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。
一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。
故障现象：1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。
要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电子电路来处理。
编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。
一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理. 编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在增量编码器的情况下，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。
在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的； 因此，当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。
如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的； 不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。
现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。
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有些刊物中常见有想超越四倍频再进一步提高分辨率的文章，笔者认为这样 做一般是困难的和不现实的。其原因有如下三个。第一，由于编码器提供给用户 的 A、B 双相信号是方波信号，故无法使用对正弦波信号进行处理的电桥细分法 和电阻链细分法。第二，虽然从原理上讲可以对方波脉冲用锁相环电路进行高倍 数的倍频，但这种方案要求光栅头的运动必须是恒速的，否则锁相环电路是无法 正常且稳定地工作的。这对于被测对象以不同的速度运动、及在终点附近进行多 级降速以求精确定位等情况均是不适宜的。第三，那么能否在四倍频的基础上再 用普通电路进行再次二倍频、四倍频……显然也不实用。这是因为第一次四倍频 是在 A、B 均为方波且互差 90°的条件下进行的，输出的四倍频脉冲是均匀的， 但该脉冲已不是方波（即使在某一速度下将电路参数调整到使脉冲为方波，但速 度一变就又不是方波了），再对其前后沿进行处理产生二倍频脉冲就不会是间隔 均匀的了，即每一脉冲对应的位移量将不同!由此可见，若用四倍频电子细分法 仍不能满足精度要求，则只能在机械传动上改进或选用更高分辨率的编码器。
实测其最高工作频率约为 500kHz，这对于大多数的应用场合是足够的。
图3
2 关于脉冲倍频的讨论
对于一般的编码器，厂家给出的 A、B 双相互差 90°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 双相 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。由此可知，厂家 给出的脉冲当量的 1／4 才是该光栅尺可利用的最高精度，这可由用户通过并不 复杂的四倍频电子细分法来完成。不经倍频而直接使用原始脉冲，用户将损失掉 光栅尺潜在的四倍的精度。需指出的是，直接使用原始脉冲无疑是可靠的，而使 用用户自制的倍频器则需选择可靠的电路及进行正确的调试。
图1
为计量并显示位移的大小，可将 A 和 B 脉冲送入可逆计数器计数，正向运动 时计数器作加计数，反向运动时则作减计数。为判断运动方向，可将 A、B 脉冲 送入辨别电路中产生出方向信号。常用的可逆计数器电路分为二种：使用“加／ 减”控制信号的单时钟电路和不使用控制信号的双时钟电路。在设计接口电路 时，应将光栅编码器的信号处理成能与你所选择的计数器相适应。
频脉冲，即可产生出二路对应不同方向的计数脉冲。
图5
图6
图 6 电路十分简单，其各点波形见图 7。A、B二相信号经异或门G1后输出V1即 为二倍频方波，V1一路直送下一级异或门G2，另一路经RC积分电路延迟后变为V2， 再经异或后即为四倍频的V3。该电路虽简单，但也存在不甚完美之处，即G2门的 翻转是由C上电压充电（或放电）到门的转移电平处开始的，而实际产品的转移 电压离散范围在 40％～60％电源电压内，这将造成延迟时间不一致，在源来
摘 要 介绍了光栅编码器实用的接口电路，其中包括远距离差分传输、光 电耦合器隔离、方向辨别、脉冲四倍频等，并给出了一些实用的调试方法。
关键词：光栅编码器 接口电路 调试
The Interfacing circuit for Grating Encoder and Its Calibration
参考文献 ［1］严钟豪，谭祖根．非电量电测技术．北京：机械工业出版社，1983：284～
292
［2］中国集成电路大全．接口集成电路．北京：国防工业出版社，1986 ［3］TOSHIBA Semiconductor General Catalog，1992．
［4］MOTOROLA Inc． Optoelectronics Device Data， 1986
Abstract The practical interfacing circuit for grating encoder is introduced．It is composed of long distance differential transmission， photoelectric coupler isolation，direction recognition and pulse quadruplex， etc．．Some practical calibrating methods are also given．
图7 图 8 电路是图 6 的改进型。异或门输出即为A、B二相信号的二倍频方波。用 单稳电路IC2－1检出二倍频方波的前沿，IC2－2检出后其后沿，二者在IC3－1逻辑 “或”后即可得到四倍频脉冲串。为保证电路工作稳定可靠，二个单稳电路使用 了集成化单稳CD4538，这是一种结合了线性工艺技术的CMOS精密双单稳触发器，
阻。
图2
采用光电耦合器分别对 A、B、Z 三路信号进行隔离，也是抗干扰的一种方法。 光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以构成电流环传输。这种低阻抗电 路对噪声不敏感，抗干扰能力较强。光耦还可以对系统起到安全保护作用。它切 断现场与接收端系统之间的地线回路，使二者能用独立的电源供电，消除二地间 电位差带来的影响和危害，并可防止现场一侧在运行和检修时由于故障和错误造 成的强电混入，使系统免遭致命的伤害。如果使用的编码器栅距很小（相当于每 转对应的脉冲数很多），或带动编码器的机械运动较快，使编码器输出脉冲频率 较高，因此隔离用的光耦常选用高速光耦。又由于有时要对 A、B 脉冲进行四倍 频处理，应保证二路脉冲经过光耦后仍有互差 90°的相位关系，这就对光耦的 响应速度提出了更高的要求。一般不宜选用常用的 4N25（尽管手册中给出的响 应频率可达 300kHz，但实测用于编码器要求四倍频时仅工作到约 10kHz）等，可 选用高速型如 6 N137（单光耦）、TLP 113（单光耦，不要误用 TIL113）、TLP 2601 （单光耦）、TLP2630（双光耦）等。一般市售的成品光耦隔离接口板很少有高 速型的（最高仅为 10～30kHz），用户可以自制。图 3 给出了笔者设计的一种光 耦隔离电路，用于编码器每转 2000 脉冲且有四倍频要求的场合，工作稳定可靠，
Key words：Grating encoder Interfacing circuit Calibration
0 引言
光栅编码器具有测量精度高、抗干扰能力强的优点，被广泛应用于高精度的 位移测量中。
常用的光栅编码器有圆光栅和尺型直光栅二种。其输出信号一般都为增量式 脉冲串，即给出 A、B 二路相位互差 90°的方波脉冲串，另外还在光栅上的一个 特定点处给出一个代表零位脉冲信号 Z，见图 1。除特殊类型之外，A、B、Z 三 信号一般为标准的 TTL 电平。
fmax＝4Vmax／W（kHz） 对于圆光栅，一般给出圆盘上的刻线数N，根据传动机构估算出最高转速nmax （r／min），则四倍频后的输出脉冲最高频率为
在调试电路时，应使用示波器监视脉冲波形，将时间常数整定在适当的数值 上。为调试方便且使示波器上的波形能较长时间稳定地同步，最好能使用专用的 互差 90°的双相方波发生器来代替编码器的信号。这里给出笔者自制的这种简 易信号发生器电路图（见图 9）。
图9 图 9 中的振荡器采用石英晶体稳频，IC2是可分档调节的二进制分频器，IC3 －1、IC3－2分别检出脉冲的前沿和后沿，以产生 90°相位差的二路脉冲，IC4－1、IC4 －2为二分频，将二路脉冲整形为方波。IC5采用了有较强驱动能力的三态总线驱动 器。本电路的最高输出频率为 8192Hz。当需要更高的频率时，可换用高频率的 晶体，并注意IC3－1、IC3－2二个单稳的定时RC应相应减小。 作者介绍：张黎军，南，47 岁，1976 年毕业于北京钢铁学院.现在北京科技大学 机械工程学院任教,工程师。 作者单位：张黎军 王 颖，北京科技大学 何源来，上海浦东钢铁（集团）公司
1 远距离传输及光电隔离
有时计数显示装置离安装编码器的现场较远，长距离传输会造成信号衰减、 跳变边沿陡度变差，并会引入干扰。较好的解决方法是在编码器的发送端一侧使
用长线驱动器接口电路，在接收端一侧采用长线接收器接口电路。其传输距离可 达公里级。一个采用Motorola公司的MC75110L线驱动器和MC75107L接收器的电路 见图 2。图中每个MC75110L和MC75107L均为双电路，故每个只用了一半。由编码 器来的单端TTL电平信号V1，输入发送器后变成差分信号，用双绞线传送到接收 器处，再转变为单端TTL电平信号V2。R1～R4为消除长传输线反射波的终端匹配电
具有良好的稳定性及精度。
图8
4 电路调试
辨向及四倍频电路的调试，主要是对作为边沿检测用的微分电路或单稳电路 的时间常数进行整定。整定之前应先计算一下脉冲的最高频率（包括四倍频在 内），然后将时间常数整定为该最高频率下脉冲周期的一半，这样脉冲有足够的 宽度和间隔，会将温漂及电源波动引起的因脉冲宽度变化造成的丢脉冲或脉冲 “粘连”在一起的现象减到最小程度。脉冲的最高频率可以用如下方法估算。对 于直光栅传感器，一般给出光栅常数W（μm）（或称栅距），即输出的A相（或B 相）每一脉冲对应的位移量，再根据机械传动机构估算出被测对象的最高运动速 度Vmax（mm／s），则四倍频后的输出脉冲最高频率为
3 实用的方向辨别及四倍频电路
结合笔者的工作实践，下面介绍几种实用的辨向及四倍频电路。图 4 是常用 的辨向电路。
图4
图 4 中R1、C1将A相脉冲的前沿微分，微分尖脉冲同时加到IC1－2和IC1－3，而它
们分别由B和 来选通。当B超前A时，CP＋输出脉冲，而当A超前B时，则由CP－
输出脉冲。该电路可在不需要倍频细分时使用，适用于双时钟计数器。若对上述 电路稍加改动，则可适用于单时钟和“加／减”控制信号的计数器，见图 5。B 相超前A相时，＋／－信号为“1”，A相超前B相时，＋／－信号为“0”。当采 用四倍频细分电路时，可将图 5 电路中的门IC1－4省去，即可与下述图 6 或图 8 的四倍频电路配合使用。这时对于单时钟计数器，四倍频脉冲就是CP；而对于双 时钟电路，则需再增加二只双输入端与非门，用＋／－和－／＋端分别选通四倍