從公式(5)可知，輸出信號u0(x，t)的電位相與容柵傳感器的位移有一一對應(yīng)關(guān)系(在一個周期內(nèi)是單值函數(shù))，調(diào)相信號是一個周期信號，動柵和靜柵每相對運動一組發(fā)射極的寬度，調(diào)相信號變化一個周期。根據(jù)這個原理可以通過鑒相器鑒別調(diào)相信號的相位變化，從而推算出動柵和靜柵的相對位移。同時還可以通過可逆計數(shù)器記錄輸出信號周期變化數(shù)，實現(xiàn)長距離的測量。接收極上的輸出信號并不能直接送鑒相電路使用，在這之前還需要經(jīng)過解調(diào)、濾波、放大和整形，形成方波，最后通過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，它負責把傳感器的位置信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出。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線為同步時鐘信號線和數(shù)據(jù)線。

CLK信號為同步時鐘信號，在一次數(shù)據(jù)傳送中，開始為54μs的高電平，表示數(shù)據(jù)即將開始傳送；接下來是兩段各有24個寬度為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，為20ms。

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

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、性價比高等優(yōu)點。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)計容柵編碼器時，需要一些特殊措施來抵抗干擾，提高穩(wěn)定性。

環(huán)境對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兩極板之間的電容量變化來反映相應(yīng)的被測量變化。在大濕度的情況下，會改變兩極板間的介電常數(shù)影響電容值，同時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，建立一個良好的容柵工作小環(huán)境，使其免受外界環(huán)境的影響，對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，因此保證極板之間的電場穩(wěn)定是容柵位移信號能夠正常無誤傳遞的前提。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，這樣既有效的進行了電磁屏蔽，同時隔絕了外界水汽、油污，使編碼器能在一個相對良好的環(huán)境中工作。

容柵的動柵和靜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。實際中，動柵和靜柵相互獨立，沒有任何連線，這就需要通過外界搭橋，一般情況下，編碼器的外殼就起這樣的作用。動柵上集成的容柵芯片的正極通常和動柵屏蔽極相連，這就有可能由于后續(xù)電路接地引起電池短路。因此在進行電路設(shè)計時，必須考慮這個特點，在設(shè)計上采取針對性措施，對電路進行隔離，來解決因后續(xù)電路接地帶來的電池短路問題。

容柵編碼器是一種準絕對式傳感器。在平時全靠內(nèi)部電池維持其正常工作，因此，電池問題不容忽視。經(jīng)過實際操作證明在電池電壓降低時，將產(chǎn)生許多不可預(yù)料的情況。采用超級電容和電池并聯(lián)工作，可以有效的降低電池的功耗，延長容柵編碼器的工作時間。同時，通過設(shè)計電路實測電池電壓報警，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，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)編碼器具有測量分辨率高、量程大，可以應(yīng)用于大位移(角位移)測量。表1列出了不同節(jié)距數(shù)時，容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率可達到的精度和測量量程。