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旋轉編碼器工作原理。主要用途

旋轉編碼器的工作原理

對于工業(yè)控制中的定位問題，一般采用接近開關、光電開關等裝置。隨著工控的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了旋轉編碼器，其特點是：

1、信息化：除了定位，控制室還可知道其具體位置；

2、柔性化：定位可以在控制室柔性調整；

3、安裝方便和安全、使用壽命長。

一個旋轉編碼器，可以測量從幾個微米到幾十幾百米的距離。多個工位，只要選用一個旋轉編碼器，就可以避免使用多各接近開關、光電開關，解決現(xiàn)場機械安裝麻煩，容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。

由于是光電碼盤，無機械損耗，只要安裝位置準確，其使用壽命往往很長。

4、多功能化：除了定位，還可以遠傳當前位置，換算運動速度，對于變頻器，步進電機等的應用尤為重要。

5、經(jīng)濟化：對于多個控制工位，只需一個旋轉編碼器，安裝、維護、損耗成本降低，使用壽命增長。

鑒于以上優(yōu)點，旋轉編碼器已經(jīng)越來越廣泛地被應用于各種工控場合。

編碼器（encoder）是將物理信號編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號的一種設備。應用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。

編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺。

旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數(shù)主要有每轉脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉速，還可以判斷旋轉的方向。

增量型編碼器 (旋轉型) 工作原理:

由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。

信號輸出:

信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。

信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。

如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。

A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。

A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。

A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。

對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。

對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。

1、按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．

接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1"還是“0"；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1"還是“0"。

2、按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。

美國艾美柯amci編碼器HT-20S型號下載增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。

旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖，通過計數(shù)設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產結果出現(xiàn)后才能知道。

解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。

比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然后才工作。

這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零（開機后就要知道準確位置），于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。

絕對型旋轉光電編碼器，因其每一個位置絕對一、抗干擾、無需掉電記憶，已經(jīng)越來越廣泛地應用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制。

絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線。。。。。。編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

增量型旋轉編碼器和絕對值旋轉編碼器 增量型旋轉編碼器 軸的每圈轉動，增量型編碼器提供一定數(shù)量的脈沖。 周期性的測量或者單位時間內的脈沖計數(shù)可以用來測量移動的速度。 如果在一個參考點后面脈沖數(shù)被累加，計算值就代表了轉動角度或行程的參數(shù)。雙通道編碼器輸出脈沖之間相差為90o。能使接收脈沖的電子設備接收軸的旋轉感應信號， 因此可用來實現(xiàn)雙向的定位控制；另外，三通道增量型旋轉編碼器每一圈產生一個稱之為零位信號的脈沖。 增量型絕對值旋轉編碼器 絕對值編碼器為每一個軸的位置提供一個二的編碼數(shù)字值。 特別是在定位控制應用中，絕對值編碼器減輕了電子接收設備的計算任務，從而省去了復雜的和昂貴的輸入裝置：而且，當機器合上電源或電源故障后再接通電源，不需要回到位置參考點，就可利用當前的位置值。 單圈絕對值編碼器把軸細分成規(guī)定數(shù)量的測量步，最大的分辨率為13位，這就意味著最大可區(qū)分8192個位置+多圈絕對值編碼器不僅能在一圈內測量角位移，而且能幸，J用多步齒輪測量圈數(shù)。多圈的圈數(shù)為12位，也就是說最大4096圈可以被識別。總的分辨率可達到25位或者33，554，432個測量步數(shù)。并行絕對值旋轉編碼器傳輸位置值到估算電子裝置通過幾根電纜并行傳送。 假設串行絕對值編碼器，輸出數(shù)據(jù)可以用標準的接口和標準化的協(xié)議傳送，同時在過去點對點的連接實現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)傳送：今天現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用正不斷增加。

旋轉編碼器的測速原理：

由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。