为实现高分辨力角位移测量, 提出了一种基于线阵图像探测器的角度细分方法。为消除安装调试时图像探测器与圆心距离变化产生的影响, 提出了一种具有较强适应性的高分辨力细分算法; 建立了该细分算法的数学模型, 并进行了误差分析。根据实际应用, 建立了由码盘偏心和图像探测器安装角度引起误差的模型, 并分析许多因素对细分算法的影响; 根据误差分析结果, 给出了减小图像式光电编码器细分误差的建议。结果表明, 在码盘圆周刻划线数大于或等于128时, 细分算法的误差较小, 可以被忽略。研究结果可为研制小型图像式光电编码器提供理论依据。

由于光电编码器动态检测转台的分辨率、精度和转速都比较高, 传统检测手段很难精确标定该类转台的动态精度, 故本文开展了转台动态精度标定方法的研究。首先, 分析动态转台工作原理, 指出了影响转台动态精度的主要因素。然后, 研究了动态误差的主要特性, 提出了一种基于动态重复性的转台动态精度标定方法。最后, 设计了FPGA+USB的数据采集电路, 实现了对转台动态精度的标定。对自行研制的转台进行了动态精度标定。标定结果显示: 提出的动态精度标定方法能够实现对转台的标定, 验证了该转台能够实现对被检编码器的动态检测, 解决了研制动态转台时缺少动态检测精度标定方法的难题。

为了实现对光电编码器在动态状态下的误码检测, 提高批量生产时对光电编码器的误码检测速度, 设计了光电编码器动态误码检测系统。首先, 对光电编码器误码产生原因进行了分析, 并对光电编码器误码进行特征识别。其次, 针对光电编码器误码的特征, 采用微分方法对光电编码器进行动态误码检测。然后, 搭建了光电编码器动态误码检测系统, 设计了软硬件电路。最后, 对所设计光电编码器动态误码检测系统进行实验验证。实验表明: 所设计的动态误码检测系统能够实现对0~8 r/s转速下光电编码器的误码检测, 检测结果直观、准确。检测系统极大的提高了批量生产光电编码器时的检验速度。

研究了小型编码器动态检测过程中由编码器与基准编码器轴系中心线不完全重合产生的偏角导入的安装误差, 以便提高编码器检测装置的准确性和可靠性。分析了安装误差对被检编码器检测精度的影响, 推导出了存在安装偏角时引入的安装误差公式及其控制范围公式。为了使编码器的动态检测能准确地反映编码器的实际精度, 给出了最大偏角值αmax及高度差Dmax的允许范围。使用现有21位检测装置对15位被检编码器进行了检测实验, 分别对安装良好、小偏角和大偏角情况下的测量结果和安装误差曲线进行了比较和分析。结果表明: 检测15位编码器时, 将安装偏角值控制在0.36°以下可满足动态精度检测要求。本文提出的误差公式及控制方法可以运用在不同类型、不同精度的编码器检测过程中, 对提高小型光电编码器动态检测的精度和可靠性很有意义。

光电编码器是以高精度计量光栅为检测元件的高精度数字化测角设备, 在当代自动化领域应用广泛。为深入研究光电编码器故障诊断方法, 提高诊断效率, 本文首先介绍了光电编码器分类、工作原理; 其次, 介绍了国内外光电编码器故障诊断关键技术现状, 对具有代表性的故障诊断技术进行了分析与比较, 总结了各诊断方法的优缺点; 最后, 对光电编码器诊断技术进行了展望, 揭示了其诊断方法向自动化、便携化、动态检测、多技术融合和故障预测方向发展的趋势。

为了提高复合式光电编码器的轴系准确度，运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系，并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ＜3 μm，解决了大空心轴轴系准确度差的问题，提高复合式编码器的测角准确度，应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ＜2″.

为了实现航天级光电编码器的小型化，减小航天设备的体积、重量并满足其冷备份要求，设计了具有双读数系统的航天级光电编码器信号处理系统。首先，介绍了双读数系统航天级光电编码器的精码和粗码信号处理方法以及信号处理系统的小型化和可靠性设计；然后，从光电编码器误差产生的原因及空间分布特征出发，对双读数系统航天级光电编码器进行了精度分析；最后，采用比较法，以23位高精度光电编码器作为角度基准，对该光电编码器进行了精度检测。实验结果表明：应用该信号处理系统的双读数系统光电编码器的分辨力为20″，精度σ≤30″。该系统已在工程项目中得到应用，实践表明系统的设计满足航天设备的技术要求。

为了有效地减小航天相机的体积,减轻其重量并满足冷备份要求,设计了双读数系统的航天级绝对式光电编码器。根据航天相机的要求,对绝对式光学码盘进行了小型化设计;根据码盘的特点,研制了双读数狭缝盘及读数系统;最后,对设计的双读数系统的航天级绝对式光电编码器进行了精度检测。实验结果表明:双读数系统的航天级绝对式光电编码器外形尺寸为50 mm×32 mm、重量为150 g、分辨力为20″、精度σ≤30″。本编码器具有读数系统冷备份功能,且体积小、重量轻、抗干扰能力强,可满足航天相机的要求。