光学编码器的原理介绍

光学编码器本质上就是一种机电装置，利用光源、光敏探测器和光栅将旋转或直线位置转换为电信号。

在原理的实现方式上，主要分为以下三类：

透射式
反射式
干涉式

干涉式光学编码器在精度方面处于领先地位，如下图所示。干涉式和反射式技术使得小型化和轻量化成为可能。透射式编码器通常装在外壳内，根据外壳的防护等级，其坚固性可能更高。干涉式编码器有更严格的对准，但考虑到设备的分辨率和精度，这些要求并不十分苛刻。

【干涉式光学编码器】

通过相干激光光源产生发散光束，该光束照亮标尺上印刷的衍射光栅图案。光栅图案可通过在玻璃标尺上沉积铬或在金属带标尺上激光刻线来制作。20微米节距的光栅将光衍射，生成明暗对比度高的干涉图案，并直接投射到探测器阵列上。其本质上是增量式的，通常会使用第二条index轨道。

衍射光形成了离散的Talbot planes干涉图案。在上面的例子中，利用了第3个Talbot planes。当标尺和探测器的相对位置发生变化时，衍射图案在探测器阵列上移动，导致每个探测器单元发出正弦信号。相同的单元通过电气连接并输入传感器的处理电路。

【透射式光学编码器】

使用发光二极管（LED）光源对精细光栅或“刻度尺”进行光学扫描。该刻度尺可以是旋转式的，也可以是线性的，由透明和不透明的“线条”组成，这些线条以50%占空比排列。圆盘上的透明区域数量对应于刻度尺的节距，而节距决定了编码器的分辨率。

探测器的尺寸通常比每条线的宽度要大。在更高分辨率的情况下，这可能导致通道之间的信号溢出。添加一个与通道图案相匹配的掩模有助于净化信号。这种设计的权衡是，刻度与传感器之间的空气间隙必须非常小，这对圆盘参数（如平面度、偏心率和对准度）提出了严格的要求，从而使设备更容易受到冲击和振动的影响。

探测器在接收到光脉冲时负责将这些光脉冲进一步转化为电信号，并输出供后续处理或控制使用。

透射式编码器通常封装在一个带有内部轴承和轴的外壳中，可通过柔性联轴器连接到电机。这些外壳具有多种密封等级可供选择，但体积较大。

【反射式光学编码器】

反射式光学编码器的工作原理与透射式编码器非常相似。反射式编码器通过从与探测器同一侧（相对于码盘）发射光线，并选择性地将部分光线反射回传感器来工作。减小物理尺寸是这种解决方案的一个明显优势。由于无需透射式编码器通常所需的准直光学元件，且LED光源与探测器位于同一侧，编码器的总体积可以显著减小。然而，其分辨率和精度可能不如透射式编码器。与透射式编码器类似，反射式编码器也会使用额外的索引轨道来定义零位位置。