光栅编码
光栅编码器
一、光栅位移传感器
二、感应同步器 三、磁栅位移传感器
一、光栅位移传感器
1、光栅的构造：
3 2 1
4
1.标尺光栅 2.指示光栅 3.光电元件 4.光源
一、光栅位移传感器
2、工作原理
把两块栅距W相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间 有较小的夹角θ时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条 纹，这种条纹称莫尔条纹，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的 方向排列，如图所示。
指示光栅 标尺光栅 d f d f d W θ
W/2
d f d f d
d
W/2
B
d
一、光栅位移传感器
莫尔条纹具有如下特点： 1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每 移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条
纹间距B
2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距 B与两光栅条纹夹角之间关系为
第二章 检测与传感器
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
概述 线位移检测传感器 角位移检测传感器 速度、加速度传感器 测力传感器 传感器的正确选择和使用 检测信号的采集与处理
2.1 概述
一、定义及分类：
1、定义：传感器是将力、温度、位移、速 度等量转换成电信号的元件。“传感器技 术是机电一体化的第一基础” 2、分类 物理传感器 按能量变换的功能分：
H
yFS
二、传感器的基本特性
(4).重复性 传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全 量程连续多次重复测量时，所得输出——输入曲线的 不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的 百分数表示，即
Rm 100% 近似计算 γR yFS
光栅尺和编码器介绍
光栅与编码器介绍位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m 达到30m和100m。
光栅与编码器介绍
光栅与编码器介绍位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m达到30m和100m。
microe光栅编码器介绍
MicroE光栅编码器的浅谈MicroE Systems Inc.始建于1994年，是GSI集团精密运动公司的成员公司。
MicroE系统公司提供世界领先技术的光学编码器和精密定位系统。
其产品在数据存储、半导体和电子制造业、自动化及机器人、运动控制子系统和电机、医疗设备、测量和仪表、宇航工程等领域有广泛的应用。
下面我们了解一下光栅编码器一些常用概念：一、编码器的分辨率是指编码器可读取并输出的最小角度变化，对应的参数有：每转刻线数（line）、每转脉冲数（PPR）、最小步距（Step）等。
二、编码器的精度是指编码器输出的信号数据对测量的真实角度的准确度，对应的参数是角度（°）角分（′）、角秒（″）。
三、影响编码器精度有4个部分：1：光学部分2：机械部分3：电气部分4：使用中的安装与传输接收部分，使用后的精度下降，机械部分自身的偏差。
①.编码器光学部分对精度的影响光学码盘—主要的是母板精度、每转刻线数、刻线精度、刻线宽度一致性、边缘精整性等。
光发射源—光的平行与一致性、光衰减。
光接收单元—读取夹角、读取响应。
光学系统使用后的影响—污染，衰减。
例如光学码盘,首先是母板的刻线精度.其次，加工的过程，光学成像的时间，温度，物理化学的变化，污染等，都会影响到码盘刻线的宽度和边缘性。
所以，即使是一样的码盘刻线数，各家能做到的精度也是不同的。
②.编码器机械部分对精度的影响轴的加工精度与安装精度。
轴承的精度与结构精度。
码盘安装的同心度，光学组建安装的精度。
安装定位点与轴的同心度。
例如，就轴承的结构而言，单轴承支撑结构的轴承偏差无法消除，而且经使用后偏差会更大，而双轴承结构或多支承结构，可有效降低单个轴承的偏差。
③.编码器电气部分对精度的影响源的稳定精度—对光发射源与接收单元的影响。
读取响应与电气处理电路带来的误差；电气噪音影响，取决于编码器电气系统的抗干扰能力；例如，如果电子细分，也会带来的误差，按照德国海德汉提供的介绍，海德汉编码器的细分电气误差与正余弦曲线的误差约在原始刻线宽度的1%左右。
光栅、编码器基本知识
光栅、编码器基本知识位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m 达到30m和100m。
圆光栅编码器安装与对准
1 圆光栅编码器误差分析
圆光栅编码器具有高分辨率、高精度、结构简 单和响应速度快等特点，使其在高精度分度盘、精 密转台等精密测量领域得到了广泛的应用。圆光栅 编码器主要有两部分组成：光栅码盘和读数头，读
收稿日期院2018-02-27
46（总第 271 期）A ug援 2018
数头和安装在旋转轴上的光栅码盘相对移动，读数 头将光学信号转为电信号输出，传输到控制系统采 集使用。偏心误差对于测量精度影响非常大，过大 的偏心可能导致编码器在整圈内信号输出不连续。
兹 = tan-1 (着÷R ) = tan-1 [0.003÷（104.3÷2）] = 0.003296°
3 圆光栅光学对准
对于圆光栅，不管是单读头还是双读头，码盘 中心的对准都非常有必要，对于玻璃码盘，栅带一
图 3 偏心误差
般刻画在盘片上，金属光栅钢圈在轴的侧面，这两 种的安装对准稍有不同，钢圈安装可以借用千分 表系统调整安装，对于玻璃码盘我们需要使用光 学仪器做圆心对中，借助工业 CCD 可以很好地进 行安装对准工作，如图 4 所示。
中图分类号院 TH741
文献标识码院 B
文章编号院1004-4507(2018)04-0046-03
Installation and Alignment of Circular Grating Encoder
LIU Shuai (Beijing Smartmotion System Technology Inc.，Beijing 100083，China)
Abstract: Eccentric error is the biggest of the circular grating encoder system can control the error source，through the analysis of the eccentric error research，understand the impact of segregation errors on circular grating measurement precision，find operational scheme for increasing accuracy of circular grating. First，adjusting the center of rotation of circular grating to reduce the mechanical eccentric，and improve the rotary accuracy. Second，using double reading head system can effectively reduce the impact the accuracy of the eccentric error，for about 110 mm in diameter of grating encoder，the level of error can be controlled below 60%. Key words: Circular grating encoder；Circular grating precision；Eccentric error；Double reading head system
光栅尺和编码器介绍
光栅与编码器介绍位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。
为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。
其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。
光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。
输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
一、栅式测量系统简述从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。
它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。
由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。
测量长度从1m、3m 达到30m和100m。
编码器与光栅
第4章光电式传感器
2．辨向原理 为了辨别主光栅是向左还是向右移动，可在相隔1/4条纹间的位置上 安装两只光敏元件，这两只光敏元件输出信号 U1 、 U2 的相位差将为 π/2 ， 可以根据它们超前/滞后的关系判别出指示光栅的移动方向，如下图所示。 两种信号经整形后得到方波U1/ 和U2/。U2/ 作为门控信号同U1/的微 分信号一起输入到与门Y1、同U1/倒 相后的微分信号一起输入到与门Y2。 光栅右移时，U2/超前U1/，则先于 U1/的微分信号打开了Y1，可从Y1得 到向右移动脉冲输出（Y1称为右移 动脉冲输出端）；而U1/倒相后的微 分信号到达Y2时Y2已关闭，则Y2 （左移动脉冲输出端）没有输出， 反之亦然。这样就实现了主光栅左 右移动的方向辨别和移动脉冲的输 出。
当指示光栅沿着主光栅刻线的垂直方向移动时，莫尔条纹将会沿着这 两个光栅刻线夹角的平分线的平行方向移动，光栅每移动一个 W ，莫尔 条纹也移动一个间距B。 θ越小，B越大，θ当小于1°以后，可使B>>W，即莫尔现象具有使栅距 放大的作用。因此，读出莫尔条纹的数目比读光栅刻线的数目要方便得 多。通过光栅栅距的位移和莫尔条纹位移的对应关系，就可以容易地测 23/48 量莫尔条纹移动数，获取小于光栅栅距的微小位移量。
27/48
第4章光电式传感器
3．细分原理
如果仅以光栅的栅距作其分辨单位，只能读到整数莫尔条纹；倘若要读 出位移为 0.1μm，势必要求每毫米到线 1万条，这是目前工艺水平无法实现的。 如果采用栅距细分技术可以获得更高的测量精度。常用的细分方法有直接倍频 细分法、电桥细分法等。这里仅以四倍频细分为例介绍直接倍频细分法。 在一个莫尔条纹宽度上并列放置四个光电元件，如右下图(a)所示，得到相 位分别相差 π/2四个正弦周期信号。用适当电路处理这些信号，使其合并得到 如右下图 (b)所示的脉冲信号。每个脉冲分别和四个周期信号的零点相对应， 则电脉冲的周期反应了 1/4个莫尔条纹宽度。用计数器对这一列脉冲信号计数， 就可以读到 1/4个莫尔条纹宽度的位移量，这将是光栅固有分辨率的四倍。此 种方法被称为四倍频细分法。
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有些刊物中常见有想超越四倍频再进一步提高分辨率的文章，笔者认为这样 做一般是困难的和不现实的。其原因有如下三个。第一，由于编码器提供给用户 的 A、B 双相信号是方波信号，故无法使用对正弦波信号进行处理的电桥细分法 和电阻链细分法。第二，虽然从原理上讲可以对方波脉冲用锁相环电路进行高倍 数的倍频，但这种方案要求光栅头的运动必须是恒速的，否则锁相环电路是无法 正常且稳定地工作的。这对于被测对象以不同的速度运动、及在终点附近进行多 级降速以求精确定位等情况均是不适宜的。第三，那么能否在四倍频的基础上再 用普通电路进行再次二倍频、四倍频……显然也不实用。这是因为第一次四倍频 是在 A、B 均为方波且互差 90°的条件下进行的，输出的四倍频脉冲是均匀的， 但该脉冲已不是方波（即使在某一速度下将电路参数调整到使脉冲为方波，但速 度一变就又不是方波了），再对其前后沿进行处理产生二倍频脉冲就不会是间隔 均匀的了，即每一脉冲对应的位移量将不同!由此可见，若用四倍频电子细分法 仍不能满足精度要求，则只能在机械传动上改进或选用更高分辨率的编码器。
实测其最高工作频率约为 500kHz，这对于大多数的应用场合是足够的。
图3
2 关于脉冲倍频的讨论
对于一般的编码器，厂家给出的 A、B 双相互差 90°的方波脉冲，是用 4 个 光电元件相当于等间距安放在一个栅距的距离上产生出的信号，因此 A、B 双相 脉冲的每个前沿和后沿实际上都对应着 1／4 栅距的位移信息。由此可知，厂家 给出的脉冲当量的 1／4 才是该光栅尺可利用的最高精度，这可由用户通过并不 复杂的四倍频电子细分法来完成。不经倍频而直接使用原始脉冲，用户将损失掉 光栅尺潜在的四倍的精度。需指出的是，直接使用原始脉冲无疑是可靠的，而使 用用户自制的倍频器则需选择可靠的电路及进行正确的调试。
图1
为计量并显示位移的大小，可将 A 和 B 脉冲送入可逆计数器计数，正向运动 时计数器作加计数，反向运动时则作减计数。为判断运动方向，可将 A、B 脉冲 送入辨别电路中产生出方向信号。常用的可逆计数器电路分为二种：使用“加／ 减”控制信号的单时钟电路和不使用控制信号的双时钟电路。在设计接口电路 时，应将光栅编码器的信号处理成能与你所选择的计数器相适应。
频脉冲，即可产生出二路对应不同方向的计数脉冲。
图5
图6
图 6 电路十分简单，其各点波形见图 7。A、B二相信号经异或门G1后输出V1即 为二倍频方波，V1一路直送下一级异或门G2，另一路经RC积分电路延迟后变为V2， 再经异或后即为四倍频的V3。该电路虽简单，但也存在不甚完美之处，即G2门的 翻转是由C上电压充电（或放电）到门的转移电平处开始的，而实际产品的转移 电压离散范围在 40％～60％电源电压内，这将造成延迟时间不一致，在源来
摘 要 介绍了光栅编码器实用的接口电路，其中包括远距离差分传输、光 电耦合器隔离、方向辨别、脉冲四倍频等，并给出了一些实用的调试方法。
关键词：光栅编码器 接口电路 调试
The Interfacing circuit for Grating Encoder and Its Calibration
参考文献 ［1］严钟豪，谭祖根．非电量电测技术．北京：机械工业出版社，1983：284～
292
［2］中国集成电路大全．接口集成电路．北京：国防工业出版社，1986 ［3］TOSHIBA Semiconductor General Catalog，1992．
［4］MOTOROLA Inc． Optoelectronics Device Data， 1986
Abstract The practical interfacing circuit for grating encoder is introduced．It is composed of long distance differential transmission， photoelectric coupler isolation，direction recognition and pulse quadruplex， etc．．Some practical calibrating methods are also given．
图7 图 8 电路是图 6 的改进型。异或门输出即为A、B二相信号的二倍频方波。用 单稳电路IC2－1检出二倍频方波的前沿，IC2－2检出后其后沿，二者在IC3－1逻辑 “或”后即可得到四倍频脉冲串。为保证电路工作稳定可靠，二个单稳电路使用 了集成化单稳CD4538，这是一种结合了线性工艺技术的CMOS精密双单稳触发器，
阻。
图2
采用光电耦合器分别对 A、B、Z 三路信号进行隔离，也是抗干扰的一种方法。 光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以构成电流环传输。这种低阻抗电 路对噪声不敏感，抗干扰能力较强。光耦还可以对系统起到安全保护作用。它切 断现场与接收端系统之间的地线回路，使二者能用独立的电源供电，消除二地间 电位差带来的影响和危害，并可防止现场一侧在运行和检修时由于故障和错误造 成的强电混入，使系统免遭致命的伤害。如果使用的编码器栅距很小（相当于每 转对应的脉冲数很多），或带动编码器的机械运动较快，使编码器输出脉冲频率 较高，因此隔离用的光耦常选用高速光耦。又由于有时要对 A、B 脉冲进行四倍 频处理，应保证二路脉冲经过光耦后仍有互差 90°的相位关系，这就对光耦的 响应速度提出了更高的要求。一般不宜选用常用的 4N25（尽管手册中给出的响 应频率可达 300kHz，但实测用于编码器要求四倍频时仅工作到约 10kHz）等，可 选用高速型如 6 N137（单光耦）、TLP 113（单光耦，不要误用 TIL113）、TLP 2601 （单光耦）、TLP2630（双光耦）等。一般市售的成品光耦隔离接口板很少有高 速型的（最高仅为 10～30kHz），用户可以自制。图 3 给出了笔者设计的一种光 耦隔离电路，用于编码器每转 2000 脉冲且有四倍频要求的场合，工作稳定可靠，
Key words：Grating encoder Interfacing circuit Calibration
0 引言
光栅编码器具有测量精度高、抗干扰能力强的优点，被广泛应用于高精度的 位移测量中。
常用的光栅编码器有圆光栅和尺型直光栅二种。其输出信号一般都为增量式 脉冲串，即给出 A、B 二路相位互差 90°的方波脉冲串，另外还在光栅上的一个 特定点处给出一个代表零位脉冲信号 Z，见图 1。除特殊类型之外，A、B、Z 三 信号一般为标准的 TTL 电平。
fmax＝4Vmax／W（kHz） 对于圆光栅，一般给出圆盘上的刻线数N，根据传动机构估算出最高转速nmax （r／min），则四倍频后的输出脉冲最高频率为
在调试电路时，应使用示波器监视脉冲波形，将时间常数整定在适当的数值 上。为调试方便且使示波器上的波形能较长时间稳定地同步，最好能使用专用的 互差 90°的双相方波发生器来代替编码器的信号。这里给出笔者自制的这种简 易信号发生器电路图（见图 9）。
图9 图 9 中的振荡器采用石英晶体稳频，IC2是可分档调节的二进制分频器，IC3 －1、IC3－2分别检出脉冲的前沿和后沿，以产生 90°相位差的二路脉冲，IC4－1、IC4 －2为二分频，将二路脉冲整形为方波。IC5采用了有较强驱动能力的三态总线驱动 器。本电路的最高输出频率为 8192Hz。当需要更高的频率时，可换用高频率的 晶体，并注意IC3－1、IC3－2二个单稳的定时RC应相应减小。 作者介绍：张黎军，南，47 岁，1976 年毕业于北京钢铁学院.现在北京科技大学 机械工程学院任教,工程师。 作者单位：张黎军 王 颖，北京科技大学 何源来，上海浦东钢铁（集团）公司
1 远距离传输及光电隔离
有时计数显示装置离安装编码器的现场较远，长距离传输会造成信号衰减、 跳变边沿陡度变差，并会引入干扰。较好的解决方法是在编码器的发送端一侧使
用长线驱动器接口电路，在接收端一侧采用长线接收器接口电路。其传输距离可 达公里级。一个采用Motorola公司的MC75110L线驱动器和MC75107L接收器的电路 见图 2。图中每个MC75110L和MC75107L均为双电路，故每个只用了一半。由编码 器来的单端TTL电平信号V1，输入发送器后变成差分信号，用双绞线传送到接收 器处，再转变为单端TTL电平信号V2。R1～R4为消除长传输线反射波的终端匹配电
具有良好的稳定性及精度。
图8
4 电路调试
辨向及四倍频电路的调试，主要是对作为边沿检测用的微分电路或单稳电路 的时间常数进行整定。整定之前应先计算一下脉冲的最高频率（包括四倍频在 内），然后将时间常数整定为该最高频率下脉冲周期的一半，这样脉冲有足够的 宽度和间隔，会将温漂及电源波动引起的因脉冲宽度变化造成的丢脉冲或脉冲 “粘连”在一起的现象减到最小程度。脉冲的最高频率可以用如下方法估算。对 于直光栅传感器，一般给出光栅常数W（μm）（或称栅距），即输出的A相（或B 相）每一脉冲对应的位移量，再根据机械传动机构估算出被测对象的最高运动速 度Vmax（mm／s），则四倍频后的输出脉冲最高频率为
3 实用的方向辨别及四倍频电路
结合笔者的工作实践，下面介绍几种实用的辨向及四倍频电路。图 4 是常用 的辨向电路。
图4
图 4 中R1、C1将A相脉冲的前沿微分，微分尖脉冲同时加到IC1－2和IC1－3，而它
们分别由B和 来选通。当B超前A时，CP＋输出脉冲，而当A超前B时，则由CP－
输出脉冲。该电路可在不需要倍频细分时使用，适用于双时钟计数器。若对上述 电路稍加改动，则可适用于单时钟和“加／减”控制信号的计数器，见图 5。B 相超前A相时，＋／－信号为“1”，A相超前B相时，＋／－信号为“0”。当采 用四倍频细分电路时，可将图 5 电路中的门IC1－4省去，即可与下述图 6 或图 8 的四倍频电路配合使用。这时对于单时钟计数器，四倍频脉冲就是CP；而对于双 时钟电路，则需再增加二只双输入端与非门，用＋／－和－／＋端分别选通四倍