來源：銀杏軍科

人類在地球上，卻能控制太空中的衛星精準地轉向；發射導彈，可以進行精準的定位打擊；手術室里，機械臂可以代替醫生手臂精準地操作手術；

這一系列機械智能化都離不開傳感器、編碼器，可以說“傳感器、編碼器是萬物智能運動的眼睛”。

傳感器概述及分類

傳感器指能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件，通常由敏感元件和轉換元件組成。

傳感器一般包含傳感單元、計算單元和接口單元。傳感單元負責信號采集；計算單元則根據嵌入式軟件算法，對傳感單元輸入的電信號進行處理，以輸出具有物理意義的測量信息；最后通過接口單元與其他裝置進行通信。

傳感器分類

根據采集的信號分類，傳感器可以分為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等。位移傳感器將物體在運動的過程中的空間位置的變化量，通過某種方式感應并轉換成電信號，以此實現對位移量的測量。

位移傳感器按工作方式分直線和旋轉兩類劃分，分為直線式位移傳感器、旋轉式位移傳感器。實際上直線尺可以看作無限長的圓碼盤。平常大家說的編碼器與旋轉式位移傳感器作用類似。

廣義位移傳感器根據工作原理分類：可分為電容式、電感式、磁電式、電阻式、超聲波式、光電式等。目前我國軍工由于技術限制原因多用旋變式、電容式，各工作原理的位移傳感器具有不同特性：

光電式傳感器根據工作原理可分為衍射式（投射式）和反射式。兩種工作原理比較：

光電編碼器電路原理及分類

類似于光電式旋轉位移傳感器，光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉換原理轉換成相應的電脈沖或數字量，具有體積小，精度高，工作可靠，接口數字化等優點，并廣泛應用于數控機床、回轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。

工作原理

光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置構成，在伺服系統中，光柵盤與電動機同軸致使電動機的旋轉帶動光柵盤的旋轉，再經光電檢測裝置輸出若干個脈沖信號，根據該信號的每秒脈沖數便可計算當前電動機的轉速。光電編碼器的碼盤輸出兩個相位差相差90度的光碼，根據雙通道輸出光碼的狀態的改變便可判斷出電動機的旋轉方向。

工作原理:當光電編碼器的軸轉動時A、B兩根線都產生脈沖輸出,A、B兩相脈沖相差90度相位角，由此可測出光電編碼器轉動方向與電機轉速。如果A相脈沖比B相脈沖超前則光電編碼器為正轉,否則為反轉.Z線為零脈沖線,光電編碼器每轉一圈產生一個脈沖.主要用作計數。A線用來測量脈沖個數,B線與A線配合可測量出轉動方向。

N為電機轉速

n=ND測-ND理

例如:我們車的速度為1.5m/s,輪子的直徑220mm，C=D*Pi，電機控制在21.7轉/秒,根據伺服系統的指標, 設電機轉速為1500轉/分,故可求得當ND=21.7*60=130轉/分時，光碼盤每秒鐘輸出的脈沖數為：

PD=130600/60=1300個脈沖

當測出的脈沖個數與計算出的標準值有偏差時,可根據電壓與脈沖個數的對應關系計算出輸出給伺服系統的增量電壓△U，經過D/A轉換，再計算出增量脈沖個數，等下減去。

當運行時間越長路線越長，離我們預制的路線偏離就多了。這時系統起動位置環，通過不斷測量光電編碼器每秒鐘輸出的脈沖個數，并與標準值PD（理想值）進行比較，計算出增量△P并將之轉換成對應的D/A輸出數字量，通過控制器減少輸個電機的脈沖個數，在原來輸出電壓的基礎上減去增量，迫使電機轉速降下來，當測出的△P近似為零時停止調節，這樣可將電機轉速始終控制在允許的范圍內。

編碼器分類

根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式，具體特性可見上文不同工作原理位移傳感器的對比分析。

根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式二種。

增量型光學編碼器是將指示刻度組合后即可獲得正弦波輸出，同時進行變位量測。其圓板為等間隔的細縫及基準細縫，構造簡單易于制造，價格便宜，零點可設定任意角度位置。在細縫圖板上，有等間隔的細縫，檢出亦有相同間隔的細縫兩側配置燈源，透鏡，光檢測器組件以檢測信號。增量型計數的方式是可在任何點設立原點，然后再以數字的方式表示從該原點算起位移或角度之變化量。

絕對式光學編碼器是直接輸出數字量的傳感器，是利用自然二進制或循環二進制（葛萊碼）方式進行光電轉換的。在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。編碼的設計可采用二進制碼、循環碼、二進制補碼等。

這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可以直接讀出角度坐標的絕對值；沒有累積誤差；電源切除后位置信息不會丟失。分辨率是由二進制的位數來決定的，也就是說精度取決于位數；顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內已有16位的絕對編碼器產品。

審核編輯：湯梓紅