浮子式液位测量系统的研制---优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

工学硕士学位论文 浮子式液位测量系统的研制 姚宇翔 哈尔滨工业大学 2007 年 7 月 国内图书分类号：tp216.1 国际图书分类号: 621.3 工学硕士学位论文 浮子式液位测量系统的研制 硕 士 研 究 生： 姚宇翔 导师： 马云辉副教授 申请学位级别： 工学硕士 学 科 、 专 业： 机械电子工程 所 在 单 位： 机电工程学院 答 辩 日 期： 2007 年 7 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 classified index：tp216.1 u.d.c.: 621.3 a dissertation for the degree of m. eng. design of the float-type measurement system candidate： yao yuxiang supervisor： ma yunhui academic degree applied for： master of engineering specialty： mechanical electronics engineering date of oral examination： july, 2007 university： harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - i - 摘要摘要 液位测量是自动计量领域的基本内容之一，目前在我国的石油化工、电 厂等行业中，企业的生产管理部门对于大型油罐内储存的燃油每天都需进行 严格的监控，掌握其液位、温度、储量、质量等重要数据，以进行有效的管 理。本文通过分析国内外液位测量系统的现状，并结合我国的基本国情，认 为研制一套实用且高精度的浮子式液位测量系统有着非常实际的意义。 首先利用机械、力学原理和光学编码器设计了液位计的传感部分，由浮 子和配重构成一个自重力平衡系统，配以高精度联轴器将浮子的直线运动转 化为编码器的旋转运动，而后在对传统浮子产生打滑的原因和表现现象深入 分析的基础上，提出了新型浮子的改进方案，并通过实验证明改进的新浮子 可以有效的避免使用传统浮子所产生的打滑现象。 其次根据电子电路知识，仪器仪表智能化的设计思想，对测控系统的硬 件部分进行了全面的设计。同时在软件方面，开发了一整套控制程序和补偿 算法，以辅助硬件系统达到自动控制、精确测量的目的。此外，考虑到工作 环境及外界因素的影响，还对控制系统进行了抗干扰设计，使控制电路运行 稳定，性能可靠。 最后，通过实验结果证实了测量系统完全达到了所需的技术指标，性能 完善，工作可靠。 综上，本文利用机械、电子、光学、液位的综合原理设计了一套切实可 行的测量系统方案。设计出的液位测量系统精度达到了毫米级，且结构简 单，维护方便，具有极强的实用性。 关键词 关键词：液位测量；浮子式；机电一体化；新型浮子液位测量；浮子式；机电一体化；新型浮子 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - ii - abstract level measurement is one of the basic elements of automatic measurement field. currently in petrochemical industry, power plants and other industries, enterprise production management departments made a strict monitoring to large storage tanks of fuel per day, so developing a practical, higher accuracy float- type stage gauge system has a very important significance. at first, using the knowledge of mechanics, optics encoder to design the mechanical measurement system, and designed a new kind of floater through the deep analysis on the reason why the traditional float-type stage gauge skids and the phenomenon what would happened after that, then proved that the improved float can effectively avoid the slippery phenomenon by experiments. second, we designed the hardware part on the basis of the knowledge of electron, electro circuit and the intelligent designing theory. meanwhile on the aspect of software, a set of control arithmetic were developed to help the hardware part to reach the control demand. in addition, anti-jamming plan was also made to ensure the system stabilization and reliability. finally, the experimental results confirmed the system to achieve the required technical performance indicators and to perform reliably. in all, this paper have designed a suit of feasible control scheme by making use of the integrate principle of mechanism, electronics, optics and hydrokinetics. the measurement system can reach mm level with the advantages of simple structure and easy maintenance. keywords: liquid level measurement, float-type, mechatronics, new type float 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iii - 目录目录 摘要.i abstract. ii 第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景.1 1.2 工作原理.1 1.3 国内外研究现状.1 1.3.1 接触式.2 1.3.2 非接触式.3 1.4 本课题主要研究的内容.7 第 2 章 机械结构设计.8 2.1 测量系统原理.8 2.2 测量系统机械结构设计.8 2.3 光电编码器.10 2.3.1 光电编码器工作原理.10 2.3.2 光电编码器分类.10 2.3.3 编码器的分辨率.12 2.3.4 码制与码盘.12 2.3.5 编码器的信号输出方式.12 2.4 浮子.13 2.4.1 浮子的标准化规定.13 2.4.2 传统浮子的设计.14 2.4.3 新型浮子的设计.16 2.5 误差分析.20 2.6 本章小结.21 第 3 章 控制系统的硬件设计.22 3.1 lpc2214 简介 .23 3.2 电源模块.23 3.2.1 电源电路.23 3.2.2 复位电路.25 3.3 jtag 电路 .26 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - iv - 3.4 晶振电路.27 3.5 rs-232、rs-485 串口电路 .27 3.6 蜂鸣报警电路.28 3.7 外部存储器扩展电路.29 3.8 键盘输入和数码管显示电路.31 3.9 编码器数据读取电路.32 3.10 lpc2214 的口线分配 .34 3.11 系统硬件电路的抗干扰设计.34 3.12 本章小结.35 第 4 章 控制程序设计.36 4.1 arm 简介.36 4.1.1 risc 精简指令集计算机简介.36 4.1.2 arm 微处理器特点.37 4.1.3 arm 微处理器模式.38 4.1.4 arm 微处理器寄存器结构.38 4.1.5 程序状态寄存器.39 4.2 启动代码综述.41 4.2.1 lpc2214 启动代码组成 .43 4.3 控制程序设计.44 4.3.1 数据采集程序.44 4.3.2 格雷码与自然二进制码的转换.44 4.3.3 数值运算.49 4.3.4 键盘输入和数码管显示程序设计.53 4.3.5 控制程序运行流程.56 4.4 本章小结.56 第 5 章 uc/os-在 lpc2214 上的移植.57 5.1 嵌入式系统概述.57 5.1.1 嵌入式处理器概述.58 5.1.2 嵌入式操作系统概述.59 5.2 uc/os-操作系统移植.60 5.2.1 uc/os-简介.60 5.2.2 编译器的选择.61 5.2.3 uc/os-移植.61 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - v - 5.3 本章小结.71 第 6 章 实验与数据处理.72 6.1 液位测量系统的稳定性实验.72 6.2 测量系统的灵敏度和精度.75 总结.77 参考文献.78 攻读学位期间发表的学术论文.81 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明.82 致谢.83 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第第1章 绪论章 绪论 1.1 课题背景课题背景 本课题来源于某油田开发基地，该油田基地主要从事石油资源开采及储 藏、运输工作。油罐液位测量是油田集输过程、炼油厂、油库、加油站等部门 的一项重要工作,它是油罐自动计量领域的基本内容之一。目前在我国的石油 化工、电厂等行业中，企业的生产管理部门对于大型油罐内储存的燃油每天都 需进行严格的监控，掌握其液位、温度、储量、质量等重要数据，以进行有效 的管理。长久以来，企业的管理人员都希望可以寻找到一种价格便宜、寿命 长、使用维护方便、又能满足精度的实时在线测量装置，国内外的许多研究机 构也一直致力于该方面的研究，并研制出了多种类型的液位测量仪器，从最初 的浮子浮筒式，到电容式、伺服式、超声波、雷达式、静压法等等，价格也节 节攀升，不可否认，超声波、雷达式、伺服式液位测量系统与传统的浮子、浮 筒式液位计在技术上存在着相当的优势，但其价格昂贵，对使用环境要求较 高。由于国情所限，这些先进的系统难以得到大量推广，在国内的企业中，目 前使用最为广泛的还是人工检尺法和浮子浮筒式，人工检尺法，顾名思义就是 依靠工人的手段来进行液位检测，现在一般的储油罐高度都在十米以上，工人 实际操作劳动强度系数大，且存在安全隐患，因此，研制一套价格低廉、寿命 长、使用维护方便的浮子式液位测量系统有着非常实际的意义。 1.2 工作原理工作原理 浮子式液位计通过浮子、钢丝绳、码盘的联动，当液位上下变化时，浮子 也随之上下浮动，带动码盘转动，从而将液位的上下运动转变为码盘的旋转运 动，码盘转动输出电信号，传送至下位机，通过下位机内部程序处理，显示即 时液位高度，也可以直接连接电子变送器远距离传输信号至上位机，通过上位 机来对油罐进行管理。测量系统示意图如图1-1所示。 1.3 国内外研究现状国内外研究现状 随着石油化工工业的发展，计算机、微电子、光纤、超声波、雷达、传感 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 2 - 器等高新技术的应用研究，许多新技术、新方法、新仪表已经应用到油罐计量 领域。当前，国内外油罐液位测量仪表根据测量方式的不同可分为接触式与非 接触式两种类型 1 。 图 1-1 测量系统示意图 fig.1-1 measurement system 1.3.1 接触式 接触式 接触式是指测量用传感器直接与罐内存储介质相接触，从而获得测量参数 的方法。接触式的测量方法有人工检尺法，以浮子和电容作为传感器的浮子式 液位计与电容式液位计。 1.3.1.1 人工检尺法人工检尺法 人工检尺法是其中历史最为悠久的，它利用浸入式刻度钢皮尺测量液位， 取样来测量油温和比重，通过计算得到罐内储液体积和重量。这是一种古老的 也是至今仍被全世界广泛使用的储罐计量方法，它可以用作现场检验其它测量 仪表的参考手段。人工检尺法的精确度一般认为是使用的刻度钢尺精度加上 2mm的人为读数误差 1 。 1.3.1.2 浮子式液位计浮子式液位计 随后以浮子式和电容式为传感器的储罐测量系统慢慢发展起来。60年代末 至80 年代初，国外主要研制和使用的是各种钢带浮子液位计，大多是每个罐 独立安装，现场显示。这类仪表主要缺点是机械摩擦影响计量精度。这一时期 的典型产品是美国varec 公司生产的2500型钢带浮子液位计、6500伺服式液 位计、荷兰enraf公司的811型伺服动力液位计等。在国内，80年代初，大连 第五仪表厂研制成功浮子钢带式液位计。80年代后期，北京自动化仪表四厂又 引进了美国varec公司制造技术生产钢带液位计。钢带表的缺点是对一次仪 传 感 器 被 测 信 号 a / d 微 控 制 器 键 盘 显示器 报警器 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 3 - 表安装要求较高，且机械摩擦影响计量精度 2 。90年代初，科学院声学所研制 成功cjy - 2型光导液位计。该表的特点是将浮子式钢带液位计的钢带改为钢 丝，力平衡仍用盘簧，计量通过绕钢丝的鼓轮转角计量高度。其优点是现场没 有电源引入，信号靠光导纤维送回仪表室，不存在防爆问题，特别适合易爆场 所。其缺点是仪表运行时不能停电，因为一停电，计数就停止，液位的变化无 法测量，再重新启动时必须用人工检尺校准，因此，此表需配置不间断电源， 以确保仪表的正常运行 3 。 1.3.1.3 电容式液位计电容式液位计 电容式传感器是将被测非电量的变化转换成电容量的变化的一种传感器， 它可以用来测量位移、厚度、压力、液位等物理量。电容式液位测量系统是基 于液位变化时，引起介电常数变化，从而导致电压变化，来实现液位电压的 转换。德国的enraf - nonius公司于80年代末推出了成串电容式物位测量系 统。该系统采用多段电容式液位传感器。该仪表具有较高的测量精度，但传感 器的制造技术难度较大，要求的加工精度也较高 4 。 1.3.2 非接触式 非接触式 除上述接触式液位仪表外，还有一些非接触式液位测量仪表，如雷达式液 位计、光导液位计、超声波液位计、静压法以及磁致式液位计等。其特点是测 量手段不是采用浮子之类的固态物，而是声、光、射线、磁场等的能量。液位 传感器不和被测介质接触，不受被测介质影响，也不影响被测介质而适应范围 广泛，可用于接触式测量仪表不能满足的特殊扬合，如高粘度、强腐蚀性、污 染性强、易结晶的介质 5 。 1.3.2.1 超声波液位计超声波液位计 超声波是机械波的一种，它的特征是频率高、波长短，绕射现象小。其最 明显的一个特征是方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体 中衰减很小，所以穿透本领很大，尤其是在对光不透明的固体中，超声波能穿 透几十米的长度，碰到杂质或分界面就会有显著的反射。这些特性使得超声波 检测被广泛地用于工业生产过程。在超声波检测技术中，主要是利用超声波反 射、折射、衰减等一些物理性质来实现检测的目的。目前，采用超声波测量液 位的方法很多,如脉冲回波法、共振法、频差法以及声衰减法等，其中应用较 广泛的是脉冲回波法。其基本工作原理是:声波换能器由脉冲信号激励发出超 声波，超声波通过介质传播到达液面，形成反射波，反射波再经介质传播返回 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 4 - 到换能器，换能器把声信号转换成电信号，由二次仪表测出超声波从发射声波 到接收所需的时间，再根据超声波在介质中传播速度和换能器的安装高度，用 下式计算出液位高度 5 。 2/ 00 vtlllh= (1-1) 其中，h为待测液位高度， 0 l为探头到罐底的距离，l为探头到液位的距 离，v为超声波的传递速度，t为发射和接收的时间。 测量原理如图1-2所示。 图1-2 超声波液位测量原理图 fig.1-2 ultrasonic level measurement 超声波液位计具有广泛的适用性，可以根据不同测量场合的需要，采用气 体介质、液体介质、固体介质导声。既可以测量航道、水库等的液位高度，也 可以测量液化气罐、化工塔等密闭容器内的液位高度。由于超声波液位计没有 可动部件，不存在机械磨损和机械故障，其可靠性和使用寿命比浮子式液位计 和伺服液位计有很大的提高。超声波液位计测量装置结构简单，不需要其它附 加设施，安装、使用和维护都较方便 5 。 超声波测量有很多优点，但是它的缺点也很明显，音速随温度、储存物料 的化学成分和罐内蒸汽的运动而变化，对测量精度影响很大，因此当采用气体 介质测量时，它只适合常温、常压、液面上无烟尘和气雾的场合，不适合挥发 性很强的石油产品的液位测量，这就使其在油罐测量系统中的应用受到限制。 1.3.2.2 雷达液位计雷达液位计 雷达液位计是一种采用微波测量技术的物位测量仪表。它没有可动部件、 不接触介质、没有测量盲区，可以用来对普通液位仪表难以高精度测量的大型 固定顶罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高粘度液体、有毒液体的液位进行连续测 量。而且在雷达液位计可用范围内其测量精度几乎不受被测介质温度、压力、 相对介电常数及其易燃易爆等恶劣工况的限制，应用范围日益广泛。特别是它 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 5 - 的高精度得到了国际计量机构的认证，满足国际贸易交接的物料计量要求。 雷达液位计的基本原理是雷达波由天线发出，抵达液面后反射，继而被同 一天线接收，雷达波往返的时间正比于天线到液面的距离。则液位的高度可由 下列公式计算得到，其原理图如图1-3所示。 llh= 0 (1-2) 2/ctl = (1-3) 则有： 2/ 0 ctlh= (1-4) 雷达式液位计有如下的使用特点： 1、液位计与介质不接触，无可动部件，工作十分可靠，故障率低，适应 范围广，尤其适合高粘度、高腐蚀性介质的液位测量； 2、测量精度高，安装简单，但与下方不得存在遮挡物体，否则会影响微 波的发射和接收，只能安装在罐顶； 图 1-3 雷达液位计测量原理图 fig.1-3 radar level measurement 3、被测介质的相对介电常数、液位的湍流状态、介质中气泡的大小，均 会对测量结果产生影响。一般重油只需考虑罐内油气及安装位置的影响即可， 轻油则需要着重考虑介质的介电常数雷达液位计对介电常数的要求比较高； 4、价格普遍偏高 6 7 。 1.3.2.3 静压式液位计静压式液位计 静压式液位计的工作原理是：利用压强是液位高度和液体密度的乘积来测 量压强而得到液位，因此可测介质的质量、体积、密度和液位，其中设计最简 单的系统只有一个变送器，将测量的压强乘以储罐的面积就可以得到液体的重 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 6 - 量。早期的静压变送器测量精度低，受环境温度影响比较大，所以早期这种液 位计并不被多采用，近些年由于变送器和计算机技术的发展，目前受到一定程 度的欢迎 8 9 。 静压式液位计有如下的使用特点： 1、安装简单，可无动部件，工作可靠，日常使用维护量小； 2、测量介质的密度、质量精度较高，测量液位精度一般； 3、有大风引起的气压变化将影响测量精度； 4、不能用于测量介质分层储罐； 5、尤其适用于远传信号和监控。 1.3.2.4 磁致式液位计磁致式液位计 磁致式液位计是一种新型的非接触式的液位计，是目前精度最高的选择， 可以安装在油罐的顶部或侧面，其工作原理是利用磁场脉冲波，测量时液位计 的头部发出电流询问脉冲，此脉冲同时产生磁场，沿波导管内的感应线向下运 行，在液位计管外配有浮子，浮子可随液位沿侧杆上下移动，浮子内设有一组 永久磁铁，其磁场与脉冲产生的磁场相遇则产生一个新的变化磁场，随之产生 新的电磁返回脉冲，测定询问脉冲和返回脉冲的周期便可知道液位的变化。因 此，磁致式液位计是以浮子为测量元件通过磁耦合的变化传递到指示器，使指 示器能够清晰地指示出液位的高度，液位计配备有液位报警器和液位变送器。 报警器可实现液位的上下限控制及极限报警，液位变送器可以将液位的变化转 换成一定强度的电流信号。 磁致式液位计使用特点如下： 1、可动部分只有浮子，故维护量小，安装比较简单，精度也比较高； 2、可测量介质的液位和温度，但不适合重质、粘度大油品的测量； 3、在工程实际安装时，经常出现安装时的底部定问题，而且越长的测量 范围，实际安装越复杂； 4、价格非常高昂 10 。 1.3.2.5 振动法液位计振动法液位计 近几年，一些学者提出了利用振动法来测量液位，振动法的原理如图1-4 所示，振动液位仪由导轨、测试架、激锤振动传感器、伺服机构等组成，伺服 机构控制振锤上下爬动并激振,激振后的自由振动被振动传感器检测,该检测信 号经变换后得到最大功率处的频率，最后由空罐时固有频率/液位关系得到液 位，这种液位测量方法需要激锤、伺服机构等机械运动部件，其工作寿命不是 很长，须定期维修和重新标定，安装也较复杂 1112 。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 7 - 图1-4 振动式液位计 fig.1-4 vibration level meter 液位计的多样化趋势将继续存在，在选择液位计时，应考虑到实际的储存 条件与经济条件，根据成本、所要求的测量精度、介质的特性、罐内的雾化和 蒸汽状况来选择。 1.4 本课题主要研究的内容本课题主要研究的内容 1、研究现有的浮子式液位计工作原理，在此基础上对浮子式液位计的结 构进行改进，以期望提高其使用寿命与测量精度。 2、控制系统的开发研究，提高其易用性、可靠性，包括以下几个方面： 1) 电路板的硬件设计，使其实现高度集成化。 2) 系统的软件开发，实现系统所需的各项功能。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 8 - 第第2章 机械结构设计章 机械结构设计 2.1 测量系统原理测量系统原理 本液位计采用绝对编码器配以高精度联轴传动机构、排线轮、钢丝绳、浮 子、配重构成。浮子的大小和配重都经过专门的计算，让浮子的重力与配重的 重力以及液体的浮力构成一个自重力平衡系统，使得浮子可以稳定的吃水线漂 浮在液面上，当液位变化时，浮子也随之上升或下降，则同浮子连接的钢丝绳 带动排线轮转动，并通过弹性联轴器带动编码器转动，从而使编码器输出与液 位对应的数字编码。 2.2 测量系统机械结构设计测量系统机械结构设计 在本系统中共设计了三种机械结构方案，下面对三种方案进行说明： 方案 a：与改进后的新浮子配合使用。采用非同轴设计，排线可直接绕在 三个定滑轮构成的滑轮组上，绝对编码器与中间的定滑轮相连，如果对空间仍 然有要求，可以只保留中间的定滑轮，把左右两边的定滑轮舍弃。适合对安装 空间有要求的地点，具有结构简单，装配方便的优点。通过加工出 v 型槽， 提供一定的摩擦力，本系统中在钢丝绳通过连接编码器的测轮前还使用了两个 导向轮，导向轮主要作用是使悬挂浮子和配重的钢丝绳之间保持一定距离，防 止间距过小而相互干涉。其方案示意图如图 2-1 所示。 方案 b：采用了同轴设计，浮子的绕线轮与配重的绕线轮是同轴放置的， 并且加工出螺纹线槽进行排线，其中配重的线轮与轴加工为一体，浮子的线轮 单独加工，通过键进行配合。主轴通过弹性联轴器与编码器连接。与传统的采 用定滑轮或步进电机的方案相比较，该方案结构简单，加工方便，并可以有效 的避免由于打滑带来的不确定误差。缺点是体积较大，不适用于小封装场合， 其次与方案 a 相比，系统所需的启动力矩也增大，对整个测量系统的灵敏度和 测量精度有一定程度影响。方案 b 示意图如图 2-2 所示。 方案 c：方案 c 比 a、b 方案复杂，首先它是通过电机提供动力，电机带 动绕线轮转动，再将这个转动通过联轴器传送给编码器，再由编码器输出信号 给处理电路，其次在该方案的浮子内部还需要添加接触型的传感器，当浮子到 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 9 - 达液面时，传感器发出电信号，让电机停止转动，同时这个信号也让编码器输 出数据，由此可以看到，c 方案是非实时的，当需要测量的时候，电机转动， 放下浮子，当不需要测量时，测量完电机反转，将浮子收回。由于 c 方案的复 杂性与非实时性，文中将它列为第三备选方案。方案 c 示意图如图 2-3 所示。 综合考虑以上三个方案的结构复杂程度，以及机械结构对启动力矩造成的 影响等因素，本论文最终选定 a 方案为测量系统的机械结构方案。 图 2-1 方案 a 示意图 fig.2-1 scheme a 图 2-2 方案 b 示意图 fig.2-2 scheme b 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 10 - 图 2-3 方案 c 示意图 fig.2-3 scheme c 2.3 光电编码器光电编码器 光电编码器作为位移转角类传感器，在位移、方向、角度检测定位系统 中得到越来越广泛的应用。下面，就光电编码器在本液位计中的应用简单地介 绍编码器地工作原理、分类、选型原则和应用范围、注意安装事项进行介绍和 说明。 2.3.1 光电编码器工作原理光电编码器工作原理 光电编码器主要由安装在转轴上的编码圆盘、狭缝以及安装在圆盘两边地 光源和光敏接收元件等组成。码盘一般由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码 道，每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分，即亮区和暗区。其 工作原理为：光源将光投射在码盘上时，当旋转轴带动码盘转动时，通过亮区 地光线经过狭缝后，由光敏元件接收，把码盘上按照一定码制刻划的角度信息 转换为电信号，根据需要把电信号经过电路处理或给计算机处理，从而得到所 需要的角度量。 2.3.2 光电编码器分类光电编码器分类 光电编码器以测量功能来分，有角位移、线位移以及转速传感器；以测量 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 11 - 方式来分，有直线型编码器、角度编码器、旋转编码器；以转轴类型来分，有 轴型和轴套型；以信号原理来分，有增量型编码器、绝对型编码器。其中，最 常用的分类为按照信号原理方式进行的分类，下面，将以这种分类方式对编码 器进行介绍。 2.3.2.1 增量型编码器增量型编码器 增量式编码器能在每一转发出若干个脉冲信号。这些信号可被用来测量位 移值。 在增量编码器中，一个码盘被等分为若干个透明和不透明相间的区段，并 被固定在编码器的轴上。在码盘的一侧一个 led 发出一束平行光，照射到码 盘的透明和不透明的区段，在透明区段光会穿透码盘，而不透明区段则光线被 阻挡。 在码盘的另一侧有一个光明元件，接受从透明区段中透过的光，并将其调 制成两列相位差为 o 90的脉冲，经过放大电路后输出。增量式编码器通常有三 个输出信号(a，b，z)，其中 a，b 两组脉冲相位差 o 90，以 a 前 b 后，或 b 前 a 后的方式输出，以此判断旋转方向，z 相为每转动一周发一个脉冲，用于 基准点定位。在增量编码器中，分辨率是指每一转能发出的脉冲的数量，也就 是码盘被等分的份数。 增量编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，可 靠性高；其缺点在于：存在零点累计误差，抗干扰较差，接受设备的停机需断 电记忆，开机应找零和参考位，无法输出轴转动的绝对位置信息。在绝对式编 码器中这些问题得到了良好的解决。 2.3.2.2 绝对型编码器绝对型编码器 绝对型编码器上有许多圈光通道刻线，每圈刻线依次有 2 线、4 线、8 线、16 线，以此递增，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗， 获得一组从 2 的零次方到 2 的 n-1 次方的唯一的 2 进制码，这就称为 n 位绝 对型编码器。编码器输出的数据由码盘的机械位置决定，它不受停电、干扰的 影响，由于绝对编码器的每个位置是唯一的，无需记忆