// 工作原理參考1：http://notbig.blog.163.com/blog/static/213162862010102911516390/
// 工作原理參考2 ：http://www.elecfans.com/baike/bandaoti/bandaotiqijian/20100308182806.html
一，光電編碼器工作原理
光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈衝或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。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。由於光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈衝信號；通過計算每秒光電編碼器輸出脈衝的個數就能反映當前電動機的轉速。爲了判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差90度的A相、B相兩路脈衝信號。碼盤上還有一個Z相標誌，每轉一圈輸出一個Z相脈衝。
根據檢測原理，編碼器可分爲光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分爲增量式、絕對式以及混合式三種。
1，增量式編碼器
增量式旋轉編碼器通過內部兩個光敏接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關係，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。在接合數字電路特別是單片機後，增量式旋轉編碼器在角度測量和角速度測量較絕對式旋轉編碼器更具有廉價和簡易的優勢。
下面對增量式旋轉編碼器的內部工作原理（附圖）
A,B兩點對應兩個光敏接受管，A,B兩點間距爲 S2 ,角度碼盤的光柵間距分別爲S0和S1。
當角度碼盤以某個速度勻速轉動時，那麼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，同理角度碼盤以其他的速度勻速轉動時，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。如果角度碼盤做變速運動，把它看成爲多個運動週期（在下面定義）的組合，那麼每個運動週期中輸出波形圖中的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週期的時序爲
我們把當前的A,B輸出值保存起來，與下一個A,B輸出值做比較，就可以輕易的得出角度碼盤的運動方向，
如果光柵格S0等於S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等於S0的1/2，那麼可得到此次角度碼盤運動位移角度爲S0弧度夾角的1/2，除以所消毫的時間，就得到此次角度碼盤運動位移角速度。
S0等於S1時，且S2等於S0的1/2時，1/4個運動週期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等於S1，S2不等於S0的1/2，那麼要1個運動週期纔可以得到運動方向位和位移角度了。
另外，增量式編碼器除了輸出A相、B相兩組方波脈衝外，還有會輸出一組Z相脈衝。Z相爲每轉一個脈衝，用於基準點定位。這在伺服電機準確找到原點時會非常有用。
2，絕對式編碼器
絕對式編碼器是直接輸出數字量的傳感器，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係，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；當碼盤處於不同位置時，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。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對於一個具有 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
絕對式編碼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。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在於圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設計可採用二進制碼、循環碼、二進制補碼等。它的特點是：1．可以直接讀出角度座標的絕對值；2．沒有累積誤差；3．電源切除後位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數來決定的，也就是說精度取決於位數，目前有10位、14位等多種。
絕對式編碼器爲每一個軸的位置提供一個獨一無二的編碼數字值。特別是在定位控制應用中，絕對值編碼器減輕了電子接收設備的計算任務，從而省去了複雜的和昂貴的輸入裝置：而且，當機器合上電源或電源故障後再接通電源，不需要回到位置參考點，就可利用當前的位置值。
單圈絕對值編碼器把軸細分成規定數量的測量步，最大的分辨率爲13位，這就意味着最大可區分8192個位置+多圈絕對值編碼器不僅能在一圈內測量角位移，而且能夠用多步齒輪測量圈數。多圈的圈數爲12位，也就是說最大4096圈可以被識別。總的分辨率可達到25位或者33，554，432個測量步數。並行絕對值旋轉編碼器傳輸位置值到估算電子裝置通過幾根電纜並行傳送。假設串行絕對值編碼器，輸出數據可以用標準的接口和標準化的協議傳送，同時在過去點對點的連接實現了串行數據傳送。
二，光電編碼器在視覺檢測中的應用
在視覺檢測中，光電編碼器常用來作爲線陣相機在運動檢測過程中的觸發信號。編碼器有自己的輸出頻率如1000/r、2000/r等，通過倍頻/分頻得到相機需要的脈衝頻率，從而觸發相機採集圖像。使用編碼是爲了同步物體或相機的運動速度，使得相機的縱向放大倍率和橫向放大率一致（這是理想情況，實際上達不到完全一致，線陣相機採集的圖像需要通過圖像標定來校正橫向放大倍率和縱向放大倍率的誤差）。
根據相機的橫向分辨率（HR）、橫向視野(HFOV)、編碼器輸出脈衝頻率（F）、編碼器與檢測物體接觸的外接轉輪半徑（R）等這些參數可以計算出觸發相機的頻率轉換系數（FR），並設置相應的相機參數。 以basler 線陣相機爲例，假設光電編碼器輸出A、B兩相（A+、A--、B+、B--），而如果相機中的頻率轉換器（frequency converter）選擇忽略“脈衝方向”和“上升下降沿”，則相機捕獲到的編碼器輸出頻率是其輸出A、B相信號頻率的4倍，即4F。這樣有：
相機的縱向放大倍率爲： VPM = 4F / ( 2 * PI * R )
相機的橫向放大倍率爲： HPM = HR / HFOV
相機的頻率轉換因子爲：FR = HPM / VPM
利用FR設置頻率轉換器（frequency converter）中的preDivider、Multiplier、postDivider等參數，使得相機的橫向和縱向放大倍率儘可能接近。前面說過通過這樣的設置，二者不可能完全一致，還需要通過相機標定到達精度要求。
三，光電編碼器使用注意事項
1，由於編碼器與檢測物體直接摩擦傳動，如果物體震動過大對編碼器有損壞，應採取緩衝或間接傳動；
2，編碼器信號易受外界電磁環境干擾，丟失脈衝。因此編碼器信號傳輸距離不宜過長，傳輸線使用雙絞屏蔽線，屏蔽線必須接地。