所谓编码器便是将某种物理量更动为数字格式的安设。疏通管束系统中的编码器的影响是将地方和角度等参数更动为数字量。可采取电来往、磁效应、电容效响应光电更动等机理，造成各样范例的编码器。疏通管束系统中最罕见的编码器是光电编码器。

光电编码器依照其用处的不同分为扭转光电编码器和直线光电编码器，离别用于丈量扭转角度和直线尺寸。光电编码器的关键部件是光电编码安设，在扭转光电编码器中是圆形的码盘(codewheel或codedisk)，而在直线光电编码器中则是直尺形的码尺(codestrip)。码盘和码尺依照用处和成本的须要，可由金属、玻璃和齐集物等材料制做，其道理都是在疏通流程中造成代表疏通地方的数字化的光学记号。

图12.1可用于表明透射式扭转光电编码器的道理。在与被测轴齐心的码盘上刻制了按必然编码法则造成的遮光和透光部份的组合。在码环的一边是发光二极管或白炽灯光源，另一边则是采纳光线的光电器件。码盘跟着被测轴的转机使得透过码盘的光束造成连续，经历光电器件的采纳和电子路线的解决，造成特定电记号的输出，再经历数字解决可打算出地方和速率音信。

上头所说的是透射式光电编码器的道理。显然欺诈光反射道理也可制做光电编码器。

增量编码器的码盘如图12.2所示。在当代高辩解率码盘上，透光和遮光部份都是很细的窄缝和线条，因而也被称为圆光栅。相邻的窄缝之间的夹角称为栅距角，透光窄缝和遮光部份大概各占栅距角的1/2。码盘的辩解率以每转计数(CPR-countsperrevoluTIon)示意，亦即码盘扭转一周在光电探测部份可造成的脉冲数。比如某码盘的CPR为，则也许辩解的角度为10，.8”。在码盘上，往来去其余安顿一个（或一组）非常的窄缝，用于造成定位(index)或零位(zero)记号。丈量安设或疏通管束系统可欺诈这个记号造成回零或复位职掌。

从道理剖析，光电器件输出的电记号该当是三角波。然而由于疏通部份和停止部份之间的空隙所致使的光线衍射和光电器件的个性，使赢得的波形类似于正弦波，并且其幅度与码盘的辩解率无关。

在图12.1的计划中安顿了六组云云的挡板和光电器件组合，个中两组用于造成定位(index)脉冲记号I（有的文件中为Z）。其余四组由于地方的安顿，造成4个在相位上次第出入90°的准正弦波记号，离别称为A、B、A和B。将相位出入°的A和A送到一个对照器的两个输入端，则在对照器的输出端赢得占空比为50%的方波记号A。同理，由B和B也可赢得方波记号B。云云经历光电探测器件地方的非常安顿，赢得了双通道的光电脉冲输出记号A和B（见图12.3）。这两个记号犹以下特色：

(1)两者的占空比均为so%；图12.3双通道记号的造成

(2)倘使朝一个方位扭转时A记号在相位上抢先于B记号90°的话，那末扭转方位反过来的功夫，B记号在相位上抢先于A记号90°。

这类双通道记号的特色为丈量辩解率的升高和方位记号的猎取供给了前提。

占空比为so%的方波记号A和B中有4个非常的功夫，便是它们波形的前沿和后沿。

两个记号的先后记号在波形的一个周期中是按90°平衡散布的。将这些沿记号掏出并加以欺诈，可赢得4倍频的脉冲记号，云云便可把光电编码器的辩解率升高到4倍。

图12.4是一个由数字电路构成的解决电路，在这个电路中采取了施密特输入的反相器、异或门、或门和D触发器。电路中随处波形如图所示，用虚线远隔离别示意正转和回转两种情景下的波形。也许看到该电路造成4倍频计数记号和方位记号。操纵这些记号再加之定位脉冲的协助，电子路线就也许经历对脉冲的计数来肯定疏通系统的地方。也许采取计数器使得其在转轴朝某一方位扭转时施行增数，而在野相悖方位扭转时施行减数，云云就也许在不掉电的前提下坚持对绝对地方的回忆。

望远镜的轴角地方教导

图3.17一个八位编码器的(a)码盘和(b)编码器的做事道理图

近代产业曾经为望远镜的轴角系统供给了一系列的轴角地方教导安设。这些安设包含光电编码器，圆感到同步器以及光栅刻尺。

(1)光电编码器

光电编码器是一种二进制光电地方教导器，其基根源理是由不同等分的明暗相间的条纹，经历光电元件获得角度地方的二进制数字记号，结尾施行解码获得角度地方的绝对值或相对值。绝对编码器的码形老是仅有的，这类码形给出了长度或角度的地方。光电编码器由光源，码盘和光电采纳器所构成。码盘是编码器中的最紧要的器件。图3.17是一个八位编码器的码盘和编码器的做事道理图。这边的码盘是一种当然码盘。绝对编码器的码形有多种形态。一种叫做格瑞码的码盘非常合用于光学编码器（见图3.18(a)）。这类码盘每进一格仅改动一个数码，不易造成错码景象。

图3.19增量编码器码盘脉冲音信细分的做事道理，图中z示意零位

光电编码器的另一类是增量编码器。增量编码器的码盘如图3.18(b)所示。它的码盘是由明暗相间的条纹所构成。时时来说一样辩解精度的增量编码器要比绝对编码器低廉很多。增量编码器再有一些升高辩解精度的办法。常常增量光栅码盘有四个刻道，个中两个是明暗相间的条纹码，其余两个是电源亮度教导码。这两个条纹码之间互相错开，云云这类码盘的编码器就不只也许给出码盘疏通的角度和巨细，并且也许给出码盘疏通的方位。同时当光栅码盘的方波脉冲音信输入到顺时针和逆时针的增减计数器中时，这类两个条纹码的方波音信就也许分解为一倍、两倍或四倍的精致记号以升高编码器的辩解能耐。倘使光栅码盘的品质好，这类精致的四倍的记号也许详悉到每一个记号脉冲的二分之一。

为了赢得更为精致的辩解能耐一种用光栅读头的办法也许到达这个方针。（见图3.20）这时在扭转光栅的背面加之了一个小的子光栅。当相关光照耀在光栅盘上时，在子光栅面上的光强为(leki,)：

图3.20增量编码器中子光栅码盘细分的做事道理图(leki,)

式中t1是光栅的投射率。倘使第一个光栅的周期是p，第二个光栅的周期也是p。用w做为在焦面上的空间频次，则在焦面上的光能量为：

图3.21增量编码器中子光栅码盘细分的光强记号和位移的相关，A.U示意恣意

单元(leki,)ReprintedwithpermissionfromTaylorFrancis,Inc.。

当M=0时这一记号的光能量也许示意为一个级数形态。倘使只取前方的两项的话，则核心的光能是的余弦函数。云云经历电细分，咱们还或者赢得更为精致的辩解精度。在本质运用中也许用四组子光栅，同时用于高低两组条纹上以升高电细分的精度。然而正如图3.21所示周期光栅的核心能量并不是真实的余弦弧线，是以倘使采取如图3.22所示的调制子光栅其核心能量才是真实的余弦弧线，则细分后的辩解率精度就会更为详悉。其余运用调制平行光源的办法，操纵两个面积不同的面光源也也许使核心能量成为无误的余弦函数。经历运用不同辩解率的增量光栅的组合，也许赢得不同频次的正弦和余弦的值，云云便可制成精度非常高的绝对编码器。时时这类高精度的编码器总有多个码道，它们是直流参考码以及三至十五位的正余弦码。

图3.22增量编码器的两种调制子光栅的光栅详细尺寸(leki,)

当代光栅技能分离的自己的精度也也许极地面升高光电编码器的精度。一个16位的增量编码器，如在其码盘上加之16位的绝对码图案，经历使增量码两相邻条纹同时成像，则会给出码盘的详悉地方，以致于赢得24位以上的绝对编码器的精度，这是万分紧要的技能掘起。

(2)圆感到同步器

另一种相仿的轴角编码安设是圆感到同步器。与光电编码器不同，圆感到同步器是一种摹拟安设。各个数值的变动是连结的，而不是跳动式的。圆感到同步器的基根源理如图3.23所示，它由定子和动子所构成。它的动子惟有一个线圈，而在它的定子上，有个线圈构成个极。它的每一个线圈之间的夹角是度。当在动子中输入调换电压，并且动子轴线和定子的零点偏离必然角度时，则在定子上的各个线圈内就会造成不同量的电流。如图3.24中所示，有：

图3.23圆感到同步器的基根源理

图3.24圆感到同步器定子上的各个线圈内的输出电压

式中是一比例常数。倘使将定子上的线圈如图3.23中所示彼此维系起来，则在定子上就会造成以下的电流：

欺诈圆感到同步器这一个性，就也许用来测定轻微角度的变动。在操纵圆感到同步器时为了测定角度的绝对地方，还要加之一个粗码盘。对照光电编码器，圆感到同步器犹以下几个长处：(a)线圈动定盘对照低廉，(b)对处境请求较低，也许用于温度变动和有震荡的局面。

(3)编码器的运用和其余角度测定办法

运用光电编码器在管束回路中要采取数模更动安设，而圆感到同步器也许直接用于同步启动的管束。不过它们两种都能实行轴角地方的绝对教导或许增量教导。它们的地方精度高，过错的反复本能好，可是高位数的教导器代价较高。光栅带尺加摩尔条纹的轴角教导办法是连年新掘起起来的，这类办法非常合用于大口径的望远镜。这类光栅带尺的精度约小于1微米，时时是平匀地粘贴在大型启动轮的边际，并经历摩尔条纹给出高达的辩解精度。光栅带尺的瑕玷是不能保证一块条纹的一致性，这须要在打算机管束中操纵列表法给以校对。在望远镜中光栅带尺罕用于地方的绝对定标。

望远镜绝对定位精度是为了详悉导星、定位的须要，而增量定位则是为了详悉导星的请求。因而增量编码器请求有较高的辩解精度。绝对编码器也许直接与望远镜传动轴联结，这时地方教导没有其余的过错成分。然而有的功夫由于编码器的位数较低或许望远镜传动轴须要经历光线，也也许将编码器安设在第甲第齿轮付上。这时编码器的辩解精度赢得夸大，但同时齿轮的过错也将影响角度绝对值显示的精度。这一过错对绝对地方定标有很大的影响。然而连年来有不少望远镜采取了辩解精度高的增量夸大教导安设，而操纵其余反复性极好的安设，如高智慧度的程度仪或许特其余光栅刻线来供给轴角地方的绝对零点，云云就不再须要昂贵的绝对编码器了。在一些较新的望远镜中再有益用精湛电磁开关来做为轴角绝对地方的编码，这类电磁开关的反复性精度约为1微米。在这类计划中每隔10或许15度就安设一个精湛电磁开关。在每一个精湛电磁开关之间，操纵增量编码器，以致也许操纵摩擦面来动员一个低位的增量编码器。这类计划要对照其余计划成本更低。各样编码器都要施行无误的安设，才气表现其辩解精度。当编码器和轴联结时，最紧要的便是要防止在编码器轴上施加任何力和力矩。因而编码器的联轴器该当在轴向和径进取强度对照低，而在圆周方位上强度很高。

关于新式的六杆平台式的望远镜，有的还安设了一种叫光纤谐振陀螺仪的测角安设。一种光纤谐振陀螺仪统共包含三个光纤回路。从频宽很小的激光二极管向一根光纤的一端发出一束光，同时这一光纤的结尾绕回到肇端端并与肇端端处的光纤经历一个光藕合器藕合，造成一个在两个方位上都有光线经历的回路。在这个回路的中部，又有另一个光藕合器使得第一个回路和第二个光纤环实行藕合。同时在第二个光纤环中的当面又有第三个光藕合器以实行第二光纤环和第三光纤回路的藕合。第三光纤回路是一个开环回路，两头和探测器相接。这类系统中倘使全数的回路和藕合器均为稳定的并且在第二个光纤回路中两个藕合器恰恰位于回路的对称点上，它就会对一个特定的波长的光造成谐振。而当第二个回路相关于第一个回路有一个很小的转角时，在第二个回路中会在一个方位上的光路增多，而在另一个方位上的光路节减，因而新的系统会在两个不同的频次上造成谐振。对照原有的谐振频次，个中一个频次要大些，另一个则小些。丈量谐振频次的变动就也许来认识角度的变动，以到达角度丈量的方针。

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