從公式(5)可知，輸出信號(hào)u0(x，t)的電位相與容柵傳感器的位移有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系(在一個(gè)周期內(nèi)是單值函數(shù))，調(diào)相信號(hào)是一個(gè)周期信號(hào)，動(dòng)?xùn)藕挽o柵每相對(duì)運(yùn)動(dòng)一組發(fā)射極的寬度，調(diào)相信號(hào)變化一個(gè)周期。根據(jù)這個(gè)原理可以通過(guò)鑒相器鑒別調(diào)相信號(hào)的相位變化，從而推算出動(dòng)?xùn)藕挽o柵的相對(duì)位移。同時(shí)還可以通過(guò)可逆計(jì)數(shù)器記錄輸出信號(hào)周期變化數(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的測(cè)量。接收極上的輸出信號(hào)并不能直接送鑒相電路使用，在這之前還需要經(jīng)過(guò)解調(diào)、濾波、放大和整形，形成方波，最后通過(guò)鑒相器輸出位移信息送顯示。圖4為鑒相型容柵傳感器的測(cè)量原理圖。

3 容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)傳遞

容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的核心部件是容柵集成芯片，它負(fù)責(zé)把傳感器的位置信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出。容柵芯片有4根引出線，分別為+1.5V、CLK、DATA和0V線。其中+1.5V和0V線為電源線和地線，CLK和DATA線為同步時(shí)鐘信號(hào)線和數(shù)據(jù)線。

CLK信號(hào)為同步時(shí)鐘信號(hào)，在一次數(shù)據(jù)傳送中，開(kāi)始為54μs的高電平，表示數(shù)據(jù)即將開(kāi)始傳送；接下來(lái)是兩段各有24個(gè)寬度為13μs的窄脈沖，前后兩段窄脈沖之間有110μs的高電平作為間隔；最后是75μs的高電平，以示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。具體波形如圖5。容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)傳送是周期性的，在慢速狀態(tài)下，周期間隔為250ms，在快速狀態(tài)時(shí)，為20ms。

DATA信號(hào)為數(shù)據(jù)信號(hào)，它包含了編碼器的位移信息。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，容柵芯片在CLK信號(hào)窄脈沖的下降沿對(duì)DATA信號(hào)進(jìn)行采樣，先后采樣兩組24位數(shù)據(jù)。一組為絕對(duì)數(shù)據(jù)，另一組為相對(duì)數(shù)據(jù)。絕對(duì)數(shù)的初值只受上電影響，相對(duì)數(shù)據(jù)初值由數(shù)據(jù)清零信號(hào)控制。

三、容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的關(guān)鍵技術(shù)

容柵編碼器有功耗低、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。但其工作容易受到外界的干擾，影響工作穩(wěn)定性。所以在設(shè)計(jì)容柵編碼器時(shí)，需要一些特殊措施來(lái)抵抗干擾，提高穩(wěn)定性。

環(huán)境對(duì)容柵編碼器的工作影響很大，特別是濕度。電容傳感器主要是通過(guò)兩極板之間的電容量變化來(lái)反映相應(yīng)的被測(cè)量變化。在大濕度的情況下，會(huì)改變兩極板間的介電常數(shù)影響電容值，同時(shí)也使容柵電路的漏電流明顯增大，使容柵編碼器工作的穩(wěn)定性將受到削弱。因此，建立一個(gè)良好的容柵工作小環(huán)境，使其免受外界環(huán)境的影響，對(duì)其能否可靠工作非常重要。

容柵編碼器是靠電容極板傳遞信號(hào)，因此保證極板之間的電場(chǎng)穩(wěn)定是容柵位移信號(hào)能夠正常無(wú)誤傳遞的前提。由于容柵編碼器經(jīng)常用于工業(yè)環(huán)境，其現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境很差，常伴有大功率的電磁干擾，將容柵核心部件全部密封在金屬殼內(nèi)，而非像一般的容柵數(shù)顯產(chǎn)品把靜柵暴露于環(huán)境中，這樣既有效的進(jìn)行了電磁屏蔽，同時(shí)隔絕了外界水汽、油污，使編碼器能在一個(gè)相對(duì)良好的環(huán)境中工作。

容柵的動(dòng)?xùn)藕挽o柵的屏蔽極都要有效的接地，起隔離屏蔽和消除寄生電容的作用。實(shí)際中，動(dòng)?xùn)藕挽o柵相互獨(dú)立，沒(méi)有任何連線，這就需要通過(guò)外界搭橋，一般情況下，編碼器的外殼就起這樣的作用。動(dòng)?xùn)派霞傻娜輺判酒恼龢O通常和動(dòng)?xùn)牌帘螛O相連，這就有可能由于后續(xù)電路接地引起電池短路。因此在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮這個(gè)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)上采取針對(duì)性措施，對(duì)電路進(jìn)行隔離，來(lái)解決因后續(xù)電路接地帶來(lái)的電池短路問(wèn)題。

容柵編碼器是一種準(zhǔn)絕對(duì)式傳感器。在平時(shí)全靠?jī)?nèi)部電池維持其正常工作，因此，電池問(wèn)題不容忽視。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作證明在電池電壓降低時(shí)，將產(chǎn)生許多不可預(yù)料的情況。采用超級(jí)電容和電池并聯(lián)工作，可以有效的降低電池的功耗，延長(zhǎng)容柵編碼器的工作時(shí)間。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)電路實(shí)測(cè)電池電壓報(bào)警，盡量避免由于電池電量不足影響編碼器正常工作。

除了以上幾點(diǎn)，還需要其他的一些軟件和硬件上的輔助措施，才能保證容柵編碼器正常穩(wěn)定的工作。

四、容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用

容柵旋轉(zhuǎn)編碼器具有測(cè)量分辨率高、量程大，可以應(yīng)用于大位移(角位移)測(cè)量。表1列出了不同節(jié)距數(shù)時(shí)，容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率可達(dá)到的精度和測(cè)量量程。