光栅正交辨向计数电路

信号来源与相位关系

在莫尔条纹的移动方向上，相隔 $B_H\mathrm{/}4$ 间距放置两个光电元件（$B_H$ 为莫尔条纹间距），得到两路正弦信号 $u_1$、$u_2$。由于空间上相差 $B_H\mathrm{/}4$，对应相位差为 $\pi \mathrm{/}2$（即四分之一周期）。光栅每移动一个栅距 $W$，莫尔条纹移动一个间距 $B_H$，输出信号相位变化一个周期 $2\pi$。

整形与微分

$u_1$、$u_2$ 经放大整形后变为方波 $u_1^{\mathrm{\prime }}$、$u_2^{\mathrm{\prime }}$，二者仍保持 $\pi \mathrm{/}2$ 相位差。$u_1^{\mathrm{\prime }}$ 经微分电路产生窄脉冲，出现在 $u_1^{\mathrm{\prime }}$ 的跳变沿处；$u_1^{\mathrm{\prime }}$ 经反相后再微分，产生与前者在时间上错开的另一组脉冲。

与门选通与方向判别

以 $u_2^{\mathrm{\prime }}$ 的电平作为与门的控制信号：

• 当光栅沿某一方向移动时，$u_1^{\mathrm{\prime }}$ 的微分脉冲恰好落在 $u_2^{\mathrm{\prime }}$ 为“1”电平期间，与门 $Y_1$ 输出计数脉冲；而 $u_1^{\mathrm{\prime }}$ 的反相微分脉冲落在 $u_2^{\mathrm{\prime }}$ 为“0”电平期间，与门 $Y_2$ 被阻塞，无输出。
• 当光栅反向移动时，$u_1^{\mathrm{\prime }}$ 的微分脉冲落在 $u_2^{\mathrm{\prime }}$ 为“0”电平期间，$Y_1$ 无输出；反相微分脉冲落在 $u_2^{\mathrm{\prime }}$ 为“1”电平期间，$Y_2$ 输出计数脉冲。

因此，$Y_1$、$Y_2$ 中哪一个有脉冲输出，即对应光栅的移动方向。

触发与可逆计数

方向判别信号送入触发器，由触发器输出控制可逆计数器的加减控制端：正向移动时计数器作加法计数，反向移动时作减法计数。计数脉冲经延时电路后送入可逆计数器的计数输入端。设置延时的目的是等加减控制信号先到达并稳定后，再送入计数脉冲，以保证不丢失计数脉冲。

增量式特点

零位脉冲接至计数器复位端，在单圈模示值应用中可使码盘每转一圈计数器复位一次；若需连续多圈累计位移，则应保留索引基准而不自动清空累计数。计数器对正交脉冲进行加减累计，得到相对于参考点的位置增量；单周期信号表示固定增量，故称为增量式编码器。其优点是结构简单，可直接测量角位移，也常用于测量转轴转速（在给定时间内对输出脉冲计数即可测平均转速）；缺点是每次工作前需先找参考点。

辨向对相位差的要求

90°正交相位差为四倍频计数提供均匀间隔和较好的容差。其他稳定且不等于0°或180°的相位差也可通过超前、滞后判断方向，但计数边沿间隔不均匀、抗抖动裕量不同，不能声称60°等相位差必然无法辨向。