机械工程测试技术——第六章
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角编码器分类：绝对式编码器和增量式 角编码器。
TM
6.2.1 绝对式角编码器
绝对式编码器按照角度直接进行编码， 可直接把被测转角用数字代码表示出来。 根据内部结构和检测方式有接触式、光电 式等形式。
TM
6.2.1 绝对式角编码器
•接触式编码器
绝对式接触式编码器演示
4个电刷
4位二进制 码盘 +5V输入 公共码道
m1
T
编码器每转产生N个脉冲，在T时间段 内有m1个脉冲产生，则转速n（r/min)为 ：
n = 60m1/（NT）
TM
角编码器在数字测速中的应用
适合于M法测速的场合：
要求转速较快，否则计数值较少，测量准确度较低。 例如，角编码器的输出脉冲频率f=1000Hz，闸门时 间T=1s时，测量精度可达0.1%左右；而当转速较慢 时，角编码器输出脉冲频率的较低，±1误差（多或 少计数一个脉冲）将导致测量精度的降低。
•光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的
狭缝条纹数n有关，能分辨的角度α为
α=360°/n
TM
6.2.2 增量式角编码器
光电编码器的光栏板上有A组与B组两 组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对 应的光敏元件所产生的信号A、B彼此相 差90相位，用于辨向。当编码正转时，A 信号超前B信号90；当码盘反转时，B信 号超前A信号90。
•传动副
TM
6.1.2 增量式与绝对式测量
在增量式测量中，移动部件每移动一个基本 长度单位，位置传感器便发出一个测量信号， 此信号通常是脉冲形式。这样，一个脉冲所代 表的基本长度单位就是分辨力，对脉冲计数， 便可得到位移量。增量式位置传感器必须有一 个零位标志，作为测量的起点标志。若测量中 途断电，增量式位置传感器将丢失移动部件的 绝对位置数据。
TM
6.2.2 增量式角编码器
一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该 脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲， 作为测量的起始基准。
TM
6源自文库2.2 增量式角编码器
TM
6.2.3 角编码器的应用
角编码器除了能直接测量角位移或间接 测量直线位移外，可用于数字测速、工位 编码、伺服电机控制等。
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角编码器在数字测速中的应用 • M法测速
TM
接触式编码器的工作原理
TM
接触式编码器 •最小分辨角度为：
α=360°/2n
• 格雷码盘
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接触式编码器
•十进制与二进制码及格雷码的对应表
十进制 自然二进制 格雷码
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0000 0000
1
0001 0001
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0010 0011
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0100 0110
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0101 0111
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0110 0101
位置测量主要是指直线位移和角位移的 精密测量。
数字式位置传感器有直接测量和间接测 量以及增量式和绝对式测量之分。
TM
6.1.1 直接测量与间接测量
位置传感器有直线式和旋转式两大类。若位 置传感器所测量的对象就是被测量本身，即用 直线式传感器测直线位移，用旋转式传感器测 角位移，则该测量方式为直接测量。
编码器输出脉冲
m2
时钟脉冲fc
···
而在绝对式测量中，每一被测点都有一个对 应的编码，常以二进制数据形式来表示。绝对 式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当 前位置的数据。典型的绝对式位置传感器如绝 对式角编TM 码器。
6.2 角编码器
TM
6.2 角编码器
TM
6.2 角编码器
角编码器又称为码盘，是一种旋转式位 置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连 接，随被测轴一起转动。它能将被测轴的 角位移转换成二进制编码或一串脉冲。
光栅传感器
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6.1.1 直接测量与间接测量
•间接测量——在间接测量中，多使用旋转
式位置传感器。测量到的回转运动参数仅 仅是中间值，但可由这中间值再推算出与 之关联的移动部件的直线位移。间接测量 须使用丝杠-螺母、齿轮-齿条等传动机构。 无长度限制，但存在中间传递误差。
TM
6.1.1 直接测量与间接测量
光电码盘的特点是没有接触磨损，码盘 寿命高，允许转速高，码道也可制得较多。
TM
6.2.2 增量式角编码器
TM
6.2.2 增量式角编码器
•光电码盘的光源最常用的是自身有聚光效
果的发光二极管。当光电码盘随工作轴一 起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭 缝，形成忽明忽暗的光信号。光敏元件把 此光信号转换成电脉冲信号，通过信号处 理电路后，向数控系统输出脉冲信号，也 可由数码管直接显示位移量。
《机械工程测试技术》
第六章：
数字式位置传 感器
石河子大学机械电气工程学院电气工程系 石河子大学机械电气工程学院干燥技术与装备实验室
第六章 数字式位置传感器
•内容提示：
6.1 位置测量的方式 6.2 角编码器 6.3 光栅传感器
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6.1 位置测量的方式
数字式位置传感器可以直接给出抗干扰 能力较强的数字脉冲或编码信号，既有很 高的精度，又可测量较大的位移量，测量 准确度与量程基本无关。
7
0111 0100
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十进制 自然二进制 格雷码
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绝对式光电编码器
TM
绝对式光电编码器
TM
绝对式光电编码器
对于绝对式光电码盘，黑色区域表示不 透光区，用“0”表示；白色区域表示透 光区，用“1”表示。与接触式码盘不同 的是，不必再最里面一圈设置公用码道， 取代电刷的是在每一个码道上都有一组光 电元件。
闸门时间T的长短对测量精度的影响：T取得较长时， 测量精度较高，但不能反映速度的瞬时变化，不适 合动态测量；T也不能取得太小，以至于在T时段内 得到的脉冲太少，而使测量精度降低。例如，脉冲 的频率f仍为1000Hz，T缩短到0.01s时，此时的测量 准确度将降到10%左右。
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角编码器在数字测速中的应用 •T法测速
例如直接用于直线位移测量的直线光栅和长 磁栅等；直接用于角度测量的角编码器、圆光 栅、圆磁栅等。
若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中 间值，再由它推算出与之关联的移动部件的直 线位移，则该测量方式为间接测量。
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6.1.1 直接测量与间接测量
•直接测量——直接测量的误差较小，但量
程受到传感器长度的限制。
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6.2.1 绝对式角编码器
绝对式编码器按照角度直接进行编码， 可直接把被测转角用数字代码表示出来。 根据内部结构和检测方式有接触式、光电 式等形式。
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6.2.1 绝对式角编码器
•接触式编码器
绝对式接触式编码器演示
4个电刷
4位二进制 码盘 +5V输入 公共码道
m1
T
编码器每转产生N个脉冲，在T时间段 内有m1个脉冲产生，则转速n（r/min)为 ：
n = 60m1/（NT）
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角编码器在数字测速中的应用
适合于M法测速的场合：
要求转速较快，否则计数值较少，测量准确度较低。 例如，角编码器的输出脉冲频率f=1000Hz，闸门时 间T=1s时，测量精度可达0.1%左右；而当转速较慢 时，角编码器输出脉冲频率的较低，±1误差（多或 少计数一个脉冲）将导致测量精度的降低。
•光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的
狭缝条纹数n有关，能分辨的角度α为
α=360°/n
TM
6.2.2 增量式角编码器
光电编码器的光栏板上有A组与B组两 组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对 应的光敏元件所产生的信号A、B彼此相 差90相位，用于辨向。当编码正转时，A 信号超前B信号90；当码盘反转时，B信 号超前A信号90。
•传动副
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6.1.2 增量式与绝对式测量
在增量式测量中，移动部件每移动一个基本 长度单位，位置传感器便发出一个测量信号， 此信号通常是脉冲形式。这样，一个脉冲所代 表的基本长度单位就是分辨力，对脉冲计数， 便可得到位移量。增量式位置传感器必须有一 个零位标志，作为测量的起点标志。若测量中 途断电，增量式位置传感器将丢失移动部件的 绝对位置数据。
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6.2.2 增量式角编码器
一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该 脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲， 作为测量的起始基准。
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6源自文库2.2 增量式角编码器
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6.2.3 角编码器的应用
角编码器除了能直接测量角位移或间接 测量直线位移外，可用于数字测速、工位 编码、伺服电机控制等。
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角编码器在数字测速中的应用 • M法测速
TM
接触式编码器的工作原理
TM
接触式编码器 •最小分辨角度为：
α=360°/2n
• 格雷码盘
TM
接触式编码器
•十进制与二进制码及格雷码的对应表
十进制 自然二进制 格雷码
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0000 0000
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0001 0001
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0011 0010
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0100 0110
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0101 0111
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0110 0101
位置测量主要是指直线位移和角位移的 精密测量。
数字式位置传感器有直接测量和间接测 量以及增量式和绝对式测量之分。
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6.1.1 直接测量与间接测量
位置传感器有直线式和旋转式两大类。若位 置传感器所测量的对象就是被测量本身，即用 直线式传感器测直线位移，用旋转式传感器测 角位移，则该测量方式为直接测量。
编码器输出脉冲
m2
时钟脉冲fc
···
而在绝对式测量中，每一被测点都有一个对 应的编码，常以二进制数据形式来表示。绝对 式测量即使断电之后再重新上电，也能读出当 前位置的数据。典型的绝对式位置传感器如绝 对式角编TM 码器。
6.2 角编码器
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6.2 角编码器
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6.2 角编码器
角编码器又称为码盘，是一种旋转式位 置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连 接，随被测轴一起转动。它能将被测轴的 角位移转换成二进制编码或一串脉冲。
光栅传感器
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6.1.1 直接测量与间接测量
•间接测量——在间接测量中，多使用旋转
式位置传感器。测量到的回转运动参数仅 仅是中间值，但可由这中间值再推算出与 之关联的移动部件的直线位移。间接测量 须使用丝杠-螺母、齿轮-齿条等传动机构。 无长度限制，但存在中间传递误差。
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6.1.1 直接测量与间接测量
光电码盘的特点是没有接触磨损，码盘 寿命高，允许转速高，码道也可制得较多。
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6.2.2 增量式角编码器
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6.2.2 增量式角编码器
•光电码盘的光源最常用的是自身有聚光效
果的发光二极管。当光电码盘随工作轴一 起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭 缝，形成忽明忽暗的光信号。光敏元件把 此光信号转换成电脉冲信号，通过信号处 理电路后，向数控系统输出脉冲信号，也 可由数码管直接显示位移量。
《机械工程测试技术》
第六章：
数字式位置传 感器
石河子大学机械电气工程学院电气工程系 石河子大学机械电气工程学院干燥技术与装备实验室
第六章 数字式位置传感器
•内容提示：
6.1 位置测量的方式 6.2 角编码器 6.3 光栅传感器
TM
6.1 位置测量的方式
数字式位置传感器可以直接给出抗干扰 能力较强的数字脉冲或编码信号，既有很 高的精度，又可测量较大的位移量，测量 准确度与量程基本无关。
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十进制 自然二进制 格雷码
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绝对式光电编码器
TM
绝对式光电编码器
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绝对式光电编码器
对于绝对式光电码盘，黑色区域表示不 透光区，用“0”表示；白色区域表示透 光区，用“1”表示。与接触式码盘不同 的是，不必再最里面一圈设置公用码道， 取代电刷的是在每一个码道上都有一组光 电元件。
闸门时间T的长短对测量精度的影响：T取得较长时， 测量精度较高，但不能反映速度的瞬时变化，不适 合动态测量；T也不能取得太小，以至于在T时段内 得到的脉冲太少，而使测量精度降低。例如，脉冲 的频率f仍为1000Hz，T缩短到0.01s时，此时的测量 准确度将降到10%左右。
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角编码器在数字测速中的应用 •T法测速
例如直接用于直线位移测量的直线光栅和长 磁栅等；直接用于角度测量的角编码器、圆光 栅、圆磁栅等。
若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中 间值，再由它推算出与之关联的移动部件的直 线位移，则该测量方式为间接测量。
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6.1.1 直接测量与间接测量
•直接测量——直接测量的误差较小，但量
程受到传感器长度的限制。