隨著光電子學和數字技術的發展，光電編碼器廣泛用于Ac伺服電動機的速度和位置檢測。
按脈沖與對應位置(角度)的關系，光電編碼器通常分為增量式光電編碼器****式光電編碼器及將上述兩者結合為一體的混合式光電編碼器三類。
按編碼器運動部件的運動方式來分，又可分為旋轉式和直線式兩種。由于Ac伺服電動機為旋轉運動，可以借助機械連接變換成直線運動形式，反之亦然。所以，直線式光電編碼器用得較少，只有在那些結構形式和運動方式都有利于使用直線式光電編碼器的場合才被采用。旋轉式光電編碼器容易做成全封閉型，實現小型化，傳感長度不受限制，有較強的適應環境能力，因而在實際中獲得了廣泛的應用。下面將主要討論各種類型的旋轉式光電編碼器。
1增量式光電編碼器
增量式光電編碼器的特點是每產生一個輸出脈沖信號就對應一個增量位移角．但不能通過輸出脈沖區別出是哪一個增量位移角，即無法區別是在哪個位置上的增量，編碼器能產生與軸角位移增量等值的電脈沖。這種編碼器的作用是提供一種對連續軸角位移量離散化或增量化及角位移變化(角速度)的傳感方法，它不能直接檢測出軸的****角度。
增量式光電編碼器由以下四個基本部分組成：光源、轉盤(動光柵)、遮光板(定光柵)和光敏元件，如圖3—1所示。
轉動圓盤上刻有均勻的透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期。遮光板上刻有與轉盤相應的透光縫隙，以用來通過或阻擋光源和位于遮光板后面光敏元件之間的光線。通常，遮光板上所刻制的兩 條縫隙使輸出信號的電角度相差90°，即所謂兩路輸出信號正交。同時，在增量式光電編碼器中還備有用作參考零位的標志脈沖或指示脈沖，圓盤每轉動一周，只發出一個標志脈沖。因此，在轉動圓盤和遮光板相同半徑的對應位置上刻有一道透光縫隙。標志脈沖通常與數據通道有著特定的關系，用來指示機械位置或對累積量清零。
下面，就使用增量式光電編碼器應該了解的幾個基本問題進行說明，這些問題的考慮對其他類型傳感器也同樣適用。
1．增量式光電編碼器的分辨率
光電編碼器的分辨能力是以編碼器軸轉動一周所產生的輸出信號基本周期數，也就是用脈沖數／轉(P／r)表示的，并以此定義為編碼器的分辨率，因此光柵盤上的槽或窗口數目就等于編碼器的分辨率。換言之，在轉動圓盤上透光和不透光的扇形條數就等于編碼器輸出的增量周期數。轉盤上刻制的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。所謂分辨率是指檢測裝置能夠測量的最小位移量而言，它取決于檢測元件本身，也與測量線路有關。
在工業電氣傳動中，根據不同的應用對象，可選擇分辨率為500～50001~l／r的光電增量編碼器：在Ac伺服電動機控制系統中，常選用分辨率為2500Pl／r的編碼器。
2．增量式光電編碼器的精度
增量式編碼器的精度與其分辨率完全無關，這是兩個不同的概念。精度是一種度量在所選定的分辨范圍內，確定任一脈沖相對另一脈沖位置的能力。通常，精度用角度、角分或角秒來表示。編碼器的精度與轉盤縫隙的加工質量、轉盤的機械旋轉情況等制造精度因素有關，也與安裝技術有關，這對使用者來說應該特別加以注意。
3．增量式光電編碼器輸出的穩定性
編碼器輸出的穩定性是指在實際運行條件下，保持規定精度的能力。影響編碼器輸出性能穩定性的主要因素是溫度對電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力，以及光源特性的變化。由于受到溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不能保持規定的輸出特性，在設計和使用中都要充分考慮到這一點。
4增量式光電編碼器的響應頻率
編碼器輸出的響應頻率取決于光敏元件、電子處理線路的響應速度。當編碼器高速旋轉時，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號頻率將會很高。如果光敏元件和電子線路元件的工作速度不能與之相適應，就有可能使輸出波形嚴重畸變，甚至會產生丟失脈沖的現象。這樣，輸出信號就不能準確反映軸的轉角位移。所以，，每一種編碼器在其分辨率確定的條件下，它的****轉速也是一定的，也就是說它的響應頻率是受限的。
5．編碼器內輸出信號的處理
在大多數情況下，直接從編碼器光電元件獲取的信號電平較低，波形也不規測，還不能適應控制、信息處理和遠距離傳輸的要求，所以，在編碼器內還必須將此信號放大與整形。經過處理的輸出信號一般為近似正弦波或矩形波。由于矩形波輸出信號容易進行數字處理，所以這種輸出信號在定位控制中應用十分廣泛。
但是，當輸出信號為近似正弦波時，也有其獨特的優點：
1)在定位停止時，沒有振蕩現象；
2)把輸出的近似正弦波和余弦波信號微分合成，可以得到模擬速度信號。
3)可以進行電子內捅，以較低的成本得到較高的分辨率。
基于上述原因，近似正弦波輸出方式在打印機和磁盤的磁頭定位控制中得到了，廣泛應用。
近似正弦波輸出信號的合成如圖3-2所示。矩形波輸出信號如圖3-3所示
在許多實際應用中，要求AC伺服電
動機在正反兩個方向上能實現可逆運行這就要求編碼器輸出兩路正交信號，如圖3一r所示．
對應編碼器的某一旋轉方向，兩個信號明確而單值地表示了從“0，，到“1和從“1”到“0”的躍變邏輯。所以，對這兩個躍變邏輯信號與某相靜態邏輯信號進行編碼，可以設計出正反方向鑒別電路，如圖3—4所示。方向判別電路的輸出波形如圖3—5所示。
二 ****式光電編碼器
與增量式光電編碼器不同，****式光電編碼器是用不同的數碼來分別指示每個不同的小增量位置。通常，在旋轉碼盤上制成8～12個碼道，碼型為循環二進制碼葛萊碼)。碼盤和編碼器的構造分別如圖3—6和圖3～7所示。
****式光電編碼器的零點固定，輸出為矩形波的自然二進制碼(葛萊碼可以轉換成自然二進制碼)。輸出是軸角位置的單值函數，即輸出的二進制數與軸角位量具有一一對應的關系。 通常，在停電時數據丟失或在運行時雖然通電但無數據讀出的機械運動情況下，就需要采用****式光電編碼器。除了****式光電編碼器外，還有旋轉變壓器及****式磁性編碼器。但應用最多的還是****式光電編碼器。
現有的****式光電編碼器多為單轉式，它所能測量軸角的范圍是O°～360°，不具有多轉檢測能力，測量角位移的范圍只限于360°以內，因而不適應多轉數運動控制中檢測****位置的要求。傳統的****式光電編碼器的另一個缺點是，在把位置****值信號進行采樣處理時，由于延遲時間的存在，故不適應高速控制的需要。如果把位置****值信號進行并行傳輸，雖然可以提高工作速度，但引線增多，也不便于在數控機床和工業機器人上應用。
因此，要想在Ac伺服電動機中真正實現****定位控制，就必須解決上面所提到的那些問題。并且要滿足高精度與小型化的要求。
為了克服單轉****式光電編碼器所存在的問題，適應多轉數運動控制位置檢測的需要，目前，已經開發出了多轉****式光電編碼器，并在定位控制中得到了應用。
隨著產業結構的變化，生產形態已從少品種大批量生產轉向多品種小批量生產。在這種形勢下使生產能連續可靠地進行、縮短交替時間、提高設備的開動率等都成為保證生產線提高效率的重要因素：因而，這就要求數控擾床和工業機器人的伺服驅動實瑚交流化，位置控裁實現****值化。
傳統的數控機床和工業機器人的位置檢測器大都采用增量式位置傳感器，電源投入時，還不知道被控對象在****空間的機械位置(坐標值)。為了校正位置，必須對編碼器進行回歸原點操作。如果一臺機器，這種回歸原點的操作倒不算很麻煩，當這些機器被大量使用在生產線中時，在每天開始送電或停電后重新送時，若把所有這些機器都做回歸原點操作，那就太費事了，特別是對工業機器人來說，現在大多數是多關節型的，都要經過復雜的運算實現坐標變換。但是，若能知道機器人各軸的****位置，那么，在機器人再操作之前，就不需要將機器人回歸原點，也就不必進行坐標變換了。
假如在工作中萬一停電，機器人和作業之間的復雜位置關系就中斷了。在恢復 供電后，進行手動操作有困難的場合也不少：基于這種背景，數控機床和工業機器人要求實現****位置控制的呼聲將越來越高。 實現位置控制****值化的最重要的元件就是****位置檢測器。對于數控機床和工業機器人來說，由于Ac伺服電動機是多轉數運動，若想實現****位置控制，就必須要有與之相適應的多轉****位置檢測器，而一般的單轉****位置檢測器是無法滿足Ac伺服電動機多轉數****位置運動控制要求的。
轉****式光電編碼器的電路結構如圖3—8所示。實際上可以看成是由一個單轉****式光電編碼器和一個增量式磁性編碼器組成。其中單轉****式光電編程器的任務是在一轉之內實現高分辨率、高精度的****位置檢測。而增量式磁性編碼器是用來檢測轉軸的旋轉次數，轉軸每旋轉一周，磁增量編碼器就發生一個脈沖，并送入計數器進行計數。實際上，對于增量式磁性編碼器來講，在這里它每一個脈沖對應于轉角增量為360°。
由于單轉****式編碼器的發光元件功耗較大，用電池供電困難，故由電源供電。增量式磁性編碼器在正常情況下也由電源來供電。由于采用了低功耗阻元件，在停電時用電池供電。當電源斷開時，備用電池投入運行，使計數器處于保持狀態，即保存了轉軸的轉動次數這一信息：斷電不會影響單轉式光電****編碼器在一轉范圍內的位置信息。這樣，就不會因為斷電而使轉軸最終的位置信息丟失。在電源重新投入工作時，備用電池切除，整個多轉****式光電編碼器就可以從停電時的原位置開始，隨著軸的轉動，繼續向外部提供正確的位置信息。
多轉****式光電編碼器能夠進行轉軸旋轉次數的檢測與信息記憶，以及一轉內對****角度的檢測、信號修正、數據處理、信號傳輸，具有很強的靈活性。與傳統的單轉****式光電編碼器相比，結構雖然是復雜了，但功能卻大為增強，用途更為廣泛。采用專用的微機和大規模集成電路作為信號處理，使這種編碼器實現小型化。
由于這種編碼器能在一轉內精確檢測****角度，故對各種極對數的永磁AC伺服電動機很容易進行匹配，用來測量轉子的磁極位置。由于它同時具有多轉數測量功能，并備有電池，所以非常適用于生產線中工業機器人的定位控制，今后將發展成直接驅動用的高分辨率超小型的多轉****式光電編碼器，以滿足各種****值定位至制系統的需要。
三 混合式光電編碼器
所謂混合式光電編碼器就是在增量式光電編碼器的基礎上，加裝了一個用于檢測永磁Ac伺服電動機磁極位置的編碼器而組成的一種光電編碼器。其中，用于檢測AC伺服電動機磁極位置的這種編碼器實際上是一種****式編碼器，它的輸出信號在一定的精度上與磁極位置具有對應的關系。通常，它給出相位差為120°的三相信號，用于控制AC伺服電動機定子三相電流的相位。這種混合式光電編碼器的結構與輸出信號波形如圖3—9所示。這種檢測磁極位置的方法常用于無刷直流伺服電動機中。
在轉動圓盤內側制成空間位置互成120°的三個縫隙，受光元件接受發光元件通過縫隙的光線而產生互差120°的三相信號，經過放大與整形后輸出矩形波信號Uu、Uu，Uv、uv，uw、uw。利用這些信號的紐合狀態來分別代表磁極在空間的不同位置。這里，每相輸出信號Uu、Uu，Uv、uv，uw、uw的周期為空間360°，在每一個周期中可以組合成六種狀態，每種狀態代表的空間角度范圍為60°，即在整個磁極位置360°空間內，每60°空間位置用一個三相輸出信號狀態表示。這種檢測磁極位置的方法雖然簡單易行，但使伺服系統的低速性能變差，產生明顯的步進運動 。
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