增量式編碼器的工作原理如圖1所示。它由主碼盤、鑒向盤、光學系統(tǒng)和光電變換器組成。在圖形的主碼盤（光電盤）周邊上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，形成均勻分布的透明區(qū)和不透明區(qū)。鑒向盤與主碼盤平行，并刻有a、b兩組透明檢測窄縫，它們彼此錯開1/4節(jié)距，以使a、b兩個光電變換器的輸出信號在相位上相差90°。工作時，鑒向盤靜止不動，主碼盤與轉軸一起轉動，光源發(fā)出的光投射到主碼盤與鑒向盤上。當主碼盤上的不透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線被全部遮住，光電變換器輸出電壓為最?。划斨鞔a盤上的透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線全部通過，光電變換器輸出電壓為最大。主碼盤每轉過一個刻線周期，光電變換器將輸出一個近似的正弦波電壓，且光電變換器a、b的輸出電壓相位差為90°。
圖1 增量式編碼器工作原理 圖2 光電編碼器的輸出波形
光電編碼器的光源最常用的是自身有聚光效果的發(fā)光二極管。當光電碼盤隨工作軸一起轉動時，光線透過光電碼盤和光欄板狹縫，形成忽明忽暗的光信號。光敏元件把此光信號轉換成電脈沖信號，通過信號處理電路后，向數(shù)控系統(tǒng)輸出脈沖信號，也可由數(shù)碼管直接顯示位移量。
光電編碼器的測量準確度與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)n有關，能分辨的角度α為：
α=360°/n（1）
分辨率=1/n（2）
例如：碼盤邊緣的透光槽數(shù)為1 024個，則能分辨的最小角度α=360°/1 024=0.352°。
為了判斷碼盤旋轉的方向，必須在光欄板上設置兩個狹縫，其距離是碼盤上的兩個狹縫距離的（m+1/4）倍，m為正整數(shù)，并設置了兩組對應的光敏元件，如圖1中的a、b光敏元件，有時也稱為cos、sin元件。當檢測對象旋轉時，同軸或關聯(lián)安裝的光電編碼器便會輸出a、b兩路相位相差90°的數(shù)字脈沖信號。光電編碼器的輸出波形如圖2所示。為了得到碼盤轉動的絕對位置，還須設置一個基準點，如圖1中的“零位標志槽”。碼盤每轉一圈，零位標志槽對應的光敏元件產生一個脈沖，稱為“一轉脈沖”，見圖2中的c0脈沖。
圖3給出了編碼器正反轉時a、b信號的波形及其時序關系，當編碼器正轉時a信號的相位超前b信號90°，如圖3(a)所示；反轉時則b信號相位超前a信號90°，如圖3(b)所示。a和b輸出的脈沖個數(shù)與被測角位移變化量成線性關系，因此，通過對脈沖個數(shù)計數(shù)就能計算出相應的角位移。根據(jù)a和b之間的這種關系正確地解調出被測機械的旋轉方向和旋轉角位移/速率，就是所謂的脈沖辨向和計數(shù)。脈沖的辨向和計數(shù)既可用軟件實現(xiàn)也可用硬件實現(xiàn)。
圖3 光電編碼器的正轉和反轉波形