旋轉編碼器是由光柵盤（又叫分度碼盤）和光電檢測裝置（又叫接收器）組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光柵盤與電機同軸，電機旋轉時，光柵盤與電機同速旋轉，發光二極管垂直照射光柵盤，把光柵盤圖像投射到由光敏元件構成的光電檢測裝置（接收器）上，光柵盤轉動所產生的光變化經轉換后以相應的脈沖信號的變化輸出。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料等。玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩定性好，精度高。金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩定性也比玻璃的差一個數量級。塑料碼盤成本低廉，但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。

編碼器以信號原理來分，有增量式編碼器（SPC）和絕對式編碼器（APC），顧名思義，絕對式編碼器可以記錄編碼器在一個絕對坐標系上的位置，而增量式編碼器可以輸出編碼器從預定義的起始位置發生的增量變化。增量式編碼器需要使用額外的電子設備（通常是PLC、計數器或變頻器）以進行脈沖計數，并將脈沖數據轉換為速度或運動數據，而絕對式編碼器可產生能夠識別絕對位置的數字信號。綜上所述，增量式編碼器通常更適用于低性能的簡單應用，而絕對式編碼器則是更為復雜的關鍵應用的最佳選擇--這些應用具有更高的速度和位置控制要求。輸出類型取決于具體應用。

1、增量式旋轉編碼器工作原理

增量式旋轉編碼器通過兩個光敏接收管來轉化角度碼盤的時序和相位關系，得到角度碼盤角度位移量的增加（正方向）或減少（負方向）。

增量式旋轉編碼器的工作原理如下圖所示。

圖中A、B兩點的間距為S2，分別對應兩個光敏接收管，角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。

當角度碼盤勻速轉動時，可知輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值相同，同理，當角度碼盤變速轉動時，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。

通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序為：

我們把當前的A、B輸出值保存起來，與下一個到來的A、B輸出值做比較，就可以得出角度碼盤轉動的方向

如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，再除以所用的時間，就得到此次角度碼盤運動的角速度

S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。

我們常用的鼠標的滾輪也是這個原理。

實際使用的增量式編碼器輸出三組方波脈沖A、B和Z（有的叫C相）相。A、B兩組脈沖相位差90o，可以判斷出旋轉方向和旋轉速度。而Z相脈沖又叫做零位脈沖（有時也叫索引脈沖），為每轉一周輸出一個脈沖，Z相脈沖代表零位參考位，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位，專門用于基準點定位，如下圖所示。

增量式編碼器轉軸旋轉時，有相應的脈沖輸出，其計數起點可以任意設定，可實現多圈無限累加和測量。編碼器軸轉動一圈會輸出固定的脈沖數，脈沖數由編碼器碼盤上面的光柵的線數所決定，編碼器以每旋轉360度提供多少通或暗的刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或稱作多少線，一般在每轉5~10000線，當需要提高分辯率時，可利用90度相位差的A、B兩路信號進行倍頻或者更換高分辯率編碼器。

增量型編碼器精度取決于機械和電氣的因素，這些因素有：光柵分度誤差、光盤偏心、軸承偏心、電子讀數裝置引入的誤差以及光學部分的不精確性，誤差存在于任何編碼器中。

編碼器的信號輸出有正弦波（電流或電壓）、方波（TTL、HTL）等多種形式。并且都可以用差分驅動方式，含有對稱的A+/A-、B+/B-、Z+/Z-三相信號，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，信號穩定衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離，例如：對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。

2、增量式編碼器的分類

（1）單通道增量式編碼器內部只有一對光電耦合器，只能產生一個脈沖序列。

（2）AB相編碼器內部有兩對光電耦合器，輸出相位差為90°的兩組脈沖序列。正轉和反轉時兩路脈沖的超前、滯后關系剛好相反。由下圖可知，在B相脈沖的上升沿，正轉和反轉時A相脈沖的電平高低剛好相反，因此使用AB相編碼器，PLC可以很容易地識別出轉軸旋轉的方向。

需要增加測量的精度時，可以采用4倍頻方式，即分別在A、B相波形的上升沿和下降沿計數，分辨率可以提高4倍，但是被測信號的最高頻率相應降低。

（3）三通道增量式編碼器內部除了有雙通道增量式編碼器的兩對光電耦合器外，在脈沖碼盤的另外一個通道有1個透光段，每轉1圈，輸出1個脈沖，該脈沖稱為Z相零位脈沖，用做系統清零信號，或坐標的原點，以減少測量的積累誤差。

3、編碼器的選型

首先根據測量要求選擇編碼器的類型，增量式編碼器每轉發出的脈沖數等于它的光柵的線數。在設計時應根據轉速測量或定位的度要求，和編碼器的轉速，來確定編碼器的線數。編碼器安裝在電動機軸上，或安裝在減速后的某個轉軸上，編碼器的轉速有很大的區別。還應考慮它發出的脈沖的最高頻率是否在PLC的高速計數器允許的范圍內。

（本文轉載自增量式編碼器工作原理超詳細圖解(http://www.kindele.com)