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脉冲编码器
两种编码的可靠性的比较:
纯二进制码有一个缺点：相邻两个二进制数可能有多
位二进制码不同，当数码切换时有多个数位要进行切
换，增大了误读的机率。 葛莱码相邻两个二进制数码只有一个数位不同，因此 两数切换时只在一位进行，提高了读数的可靠性。
多位二进 码不同
6 1 7 0 15 8 14 9 1312 1110
磁头II
磁尺
分频率 /400
低通滤波器
90度 移相 器
求和 电路
带通滤波器
检相 内插 电路
可逆记数器
译码器
数字 显示
限幅放 大整形
代码输出
工作原理
两个磁头I、II的激电流，由分频、滤波和功放 后获得，磁头移动距离x后的输出电压为：
U1=U0sin(2π/λ)sinωt U2=U0cos(2π/λ)sinωt
旋转变压器的应用
2.鉴幅工作方式
给定子的两个绕组分别通上频率、相位相同但幅
值不同，即调幅的少许磁电压（φ为机械转角） Us=Umsinφsinωt Uc=Umcosφsinωt
则在转子绕组上得到感应电压为
U =kUssin θ+kUccos θ =kUmsinωt(sin φsin θ+cos φcos θ) =kUmcos(φ-θ)sinωt
磁尺
U
磁尺位置检测装置
磁头
使用单个磁头的输出信号很小，实际使用中常 磁头是进行磁—电转换的变换器，它把反 将几个到几十个磁头以一定的方式联接起来， 映空间位置的磁信号转换为电信号输送到 组成多间隙磁头。多间隙磁头中的每一个磁头 检测电路中去。 都以相同的间距λm/2配置，相邻两个磁头的输 出绕组反向串接。如图（多间隙磁头）
4. 检测元件工作原理
旋转变压器
Us(Sin) 定子 转子 Uc(Cos)
U
θ
U’=kUsSinθ或 U’=kUcCosθ
Us,Uc为定子正弦、余弦绕组上的激磁电压，k为变压 比，即定子绕组与转子绕组的匝数比W1/W2。
旋转变压器的应用
旋转变压器作为位置检测装置有两种应用方式：
鉴相方式和鉴幅方式。
脉冲编码器
绝对式脉冲编码盘
二进制编码盘 葛莱编码盘
6 1 7 0 15 8 14 9 1312 1110
23 4 5
(2)3 (2)2 (2)1 (2)0
1415 0 1 13 2 12 3 11 4 10 5 98 7 6
(2)3 (2)2 (2)1 (2)0
输出
(a)
(b)
绝对式脉冲编码盘
多圈式绝对编码器原理框图
脉冲编码器
多圈式脉冲编码盘
它有一个光电码盘和一个磁码盘，两条通道的信号经过检测 装置内部的CPU、大规模集成电路及驱动电路串行地输出绝对 位置信息。
1.鉴相工作方式 在旋转变压器定子的两相正交绕组，又称为正弦 和余弦绕组上，分别加上幅值相等、频率相同的
正弦、余弦激磁电压
Us=Umsinωt Uc=Umcosωt
旋转变压器的应用
转子旋转后，两个激磁电压在转子绕组中产生的 感应电压线性叠加得总感应电压为： U=kUssin θ+kUccos θ =kUmcos(ωt-θ) 由上式可知感应电压的相位角就等于转子的机 械转角θ。因此只要检测出转子输出电压的相位角 ，就知道了转子的转角，而且旋转变压器的转子 是和伺服电机或传动轴连接在一起的，从而可以求 得执行部件的角位移。
4) 成本低、寿命长
5) 便于与数控系统联接
2．检测传感器分类
直线型 从检测的 信号分 回转型 直线感应同步器、长光栅、 长磁栅、激光干涉仪 旋转变压器、圆感应同步器、 圆光栅、圆磁栅、编码盘 模拟式 旋转变压器、感应同步器
从传感器 输出信号分
数字式 光栅检测装置、脉冲编码盘
3．检测元件的特点
感应同步器 —— 抗干扰能力强，对环境要求低，维护简单、
23 4 5
1415 0 1 13 2 12 3 11 4 10 5 98 7 6 葛莱编码盘
二进制编码盘
脉冲编码器 固定窄缝
光码盘 A B Z
多圈式脉冲编码盘
LED
转盘 如图所式。
线性 A LSI 驱动 多圈式绝对编码器，综合了各种编码器的长处。其内部结构 +5V
磁盘 磁电阻元件
A
+3V
CPU
磁尺
N N S S N N S S N N S S N N S S N
磁头 U
工作原理
磁尺检测是模拟测量，检出信号是一模拟信号，必须经检 测电路处理变换，才能获得表示位移量的脉冲信号。
磁场 分布
震荡 器2MC
磁头I
功放
功放
N N S S N N S S N N S S N N S S (m+1/4)λ
透镜
执行部件带着标尺光栅相对指示光栅移动，通过读 数头的光电转换，发送出与位移量对应的数字脉冲 信号，用作位置反馈信号或位置显示信号
光栅位置检测装置
光栅尺
包括标尺光栅和指示光栅.
根据制造方法和光学原理不同，光栅可分为透射光栅和反射光栅. 透射光栅是在光学玻璃表面，或在玻璃表面感光材料的涂层 上刻成光栅线纹。其特点是: 光源可以垂直入射，光电元件直接接受光照，因此信号幅
磁
磁
检测 伺服系统 电路 数字显示
尺
磁尺位置检测装置
磁尺位置检测装置
表面录有相等节距（一般为0.05，0.1， 磁性标尺：
0.2，1mm）周期变化的磁信号。
平面实体形 磁尺 一般长度为600mm 磁 尺 按 带 状 磁 尺 基体厚0.2mm，宽70mm 基 N N S S N N S S N N S S N N S S N 本 线 状 磁 尺 长度小于1.5m，套装在磁头内 形 状 分 磁头 圆 形 磁 尺 做成磁盘状，检测角位移 为
脉冲编码器
绝对式脉冲编码盘
二进制编码盘
图中二进制的数码 1100的位置就是从0 位算起的第12个角 度绝对坐标位置， 换算成角度是 （360/16）x12=270 的位置（编码盘分 为16个区段）。
6 1 7 0 15 8 14 9 1312 1110
23 4 5
(2)3 (2)2 (2)1 (2)0
脉冲编码器
增量式脉冲编码器
结构图
指示光栅有两组线纹A和B，每组线纹的节距和圆 光栅的节距相同，但A、B两组线纹彼此错开1/4 个节距，每组线纹与旋转圆光栅配合产生两路脉 冲A和B用于记数和辩向。
脉冲编码器
工作原理
光源接通，圆光栅旋转， 光线透过两个光栅的 A,B两组线纹，每转过 一个光栅节距，便在光 电元件上形成明—暗— 明变化一个周期的光信 号，并被转化为两组近 乎于正弦波的电压信号， 连续旋转便得到A和B 两路正弦电压信号
定尺和滑尺绕组的节距均为2τ=2mm，当两 尺相 对移动2 τ后，感应电势以余弦或正弦函数变化电 气角2 π ，当相对移动距离为x时，则对应的感应 电压将变化一个相位角θ，由比例关系
θ/(2 π)=x / ( 2 τ)
可得 :
θ= πx/ τ
光栅位置检测装置
i. 光栅检测装置的结构
标尺光栅Gs 驱动 电路 光源 光电元件 指示光栅Gi 驱动电路
脉冲编码盘——工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低，
是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元 器件，但抗污染能力差，易损坏。 激光干涉仪——精度很高，但抗震性、抗干扰能力差， 价格较贵，应用较少。
4.检测元件工作原理
旋转变压器
Us(Sin) 定子 转子 Uc(工作定子绕组上分别加上交变励 磁电压当转子旋转时，通过电磁耦合，转子绕组内产生感 应电势——感应电压.
全闭环 精度高，但结构复杂、成本高，调试维修困难， 适于大型精密数控系统。 半闭环 精度较全闭环差些，但结构简单，造价低且 便于调整。
交流伺服
直流伺服 数字伺服 具有较高精度、速度、和动态特性
定位与控制精度高，速度快，稳定性好，有故
障自诊断和报警功能
(三) 闭环伺服系统常用的检测元件
1．对检测元器件的要求 1) 可靠性高、抗干扰能力强 2) 精度、速度满足要求 3) 对环境的适应性强，维护方便
脉冲编码器
绝对式脉冲编码盘
A图为二进制数码，B图为葛莱循环码
码盘上有许多同心圆环，称为码道，整个圆盘又分 为若干个等分的扇形区段，每一相同的扇形区段的 码道组成一个数码，着色的码道为“1”，未着色的 码道为“0”，内环码道为数码的高位。 在圆盘的同一半径方向的每个码道处，如图的圆点 所示，安装一个光电元件，光源装在圆盘的另一侧， 码盘转动，每一扇形区段愉的光信号通过光电元件 转换成数码脉冲信号。
驱动 值比较大，信噪比好，光电密度为200线/mm 时，光栅本身就已 电路 标尺光栅Gs
经细分到.005mm从而减轻了电子线路的负担。
光源 透镜 指示光栅Gi 光电元件 驱动电路
光栅位置检测装置
iii. 摩尔条纹的作用
a. 放大作用
令k= W/ω = 1/θ ,则k为放大比。 如ω =0.01mm，取θ =0.002 rad = 0.11o 则W=5mm,
在求和电路中相加，则得磁头总输出电压为：
U=U0sin(ωt+2πx/λ)
脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置，能 将机械转角变换成电脉冲，是数空机床上使用 最光的检测装置。
光电式
脉 冲 编 码 器 的 分 类 增量式脉冲编码器 接触式
电磁感应式 光电式
绝对式脉冲编码盘 接触式 电磁感应式
相反。随后感应电压在3/4节距
位置d点时又变为零，在移动一 个节距到e点时，电压幅值与a 点位置相同。 这样滑尺在移动一个节距的过程中，感应电压变化了一个余 弦波形。