我今天要讨论的设备，很多人都使用过，我所依据的美国专利是1986年的，这并不奇怪。波兰YouTube上的博主RS elektronika已经讨论过这个话题，但在我看来，那里并没有讲完所有的内容，甚至可以说这只是故事的一半。
我们正在考虑的测量仪器示例基于增量式线性编码器，其元件是带有蚀刻路径图案的PCB板。这对于降低价格至关重要，因为基于磁条的线性编码器仍需花费数千兹罗提（注：今日汇率，1波兰兹罗提=1.77700人民币），而我们只需花十几或几十兹罗提就能买到这样的设备。关键在于PCB板制造工艺的可重复性和易用性。
这张图显示了固定部分的路径分布，我用绿色和黄色标记了发射信号的天线，信号通过电容耦合到达红色标记的接收天线。
电容耦合由放置在滑块中的铜条提供。发射天线（由交流电供电的电容器板）的布置方式是，当在一个区域X中，铜条正好位于电极0或180°（由反相波形供电）的上方时，在另一个区域中，铜条正好位于电极0和180°之间。在这种情况下，第一个天线的电压最大，而第二个天线的电压最小，这是因为两个电极的电压相抵消了。
因此，可以说，我们得到的电信号偏移了90°——类似于编码器的A和B信号。这就是它们在粗略计数器中的处理方式。该计数器的任务是对两个方向的脉冲进行计数，并对快速变化（如测量过程中的移动）做出响应。
这里展示了信号如何在发射器和接收器之间传递。
在这里，我用橙色标记了负责对全脉冲进行快速计数的路径，信号首先进入比较器，然后进入以1/2载波频率计时的D型触发器，这是为了滤除“载波”，使电路不对发生器引起的变化进行计数，而是计算信号通过电容所必需的变化。
然而，在这里我们遇到一个限制——计算信号的每个边缘，我们的分辨率不会超过每毫米铜条数的4倍。这比我们的电子卡尺所显示的要小几个数量级。
然而，正如我们所看到的，在最大信号和最小信号之间，我们实际上有无限多的中间电平，而这正是提高精度的空间所在。以给定的分辨率测量信号振幅，计算出精确位置，再与粗略位置相加，即可得到结果。我们不必着急，因为在粗略计数器计数之间的范围内，我们的编码器是绝对的，因此不必担心测量速度太慢而丢失位置。
在这个电路中，我们使用的可以说是一个手工制作的传感器——在输入端有一个多路复用器，用于选择测量X还是Y信号，然后采样和存储电路将信号送至积分电路，并严格规定时间，这段时间由计数器测量，然后计数器作为结果计数器工作。
我用黄色标记了电容器充电阶段的固定时间，用蓝色标记了带有参考信号的放电阶段，其中的时间决定了结果。
经过一定时间后，馈送到发射天线的信号会发生变化——它的形状是为了在接收天线上获得最大信号电平，这并不取决于位置，而只与当前的电容耦合有关。
在这里，我们可以看到0和180°信号在测量阶段是如何变化的。
这使得测量路径中的一些瑕疵得以及时修正。
存储电荷的放电时间和计数器中的脉冲数比例是我们的测量结果。现在，这两个结果都与一次计数的SIN和COS成比例，我们就可以计算出角度本身，假设从一个完整计数到下一个完整计数的移动是360°，那么即使是简单的微控制器也可以进行计算。
如果有人对更多细节感兴趣，请阅读以下原始专利说明。
US4586260.pdf下载（1.66MB）
（原文刊登于EDN姊妹网站elektroda.pl，参考链接：Jak działa suwmiarka elektroniczna，由Franklin Zhao编译。）
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