一、編碼器介紹

編碼器是一種傳感器，主要是用來(lái)檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、位置、角度、距離或計(jì)數(shù)，它是一種集光、機(jī)、電為一體的數(shù)字化檢測(cè)裝置，它具有分辨率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用可靠、易于維護(hù)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)

近些年來(lái)，它發(fā)展為一種成熟的多規(guī)格、高性能的系列工業(yè)化產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的引用

光電編碼器可以定義為：一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸至軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它主要用于速度或位置（角度）的檢測(cè)。比較典型的光電編碼器由碼盤(pán)（Disk）、檢測(cè)光柵（Mask）、光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路）、機(jī)械部件等組成

二、編碼器的分類(lèi)

對(duì)于編碼器的分類(lèi)，可以用下圖一的結(jié)構(gòu)來(lái)表示：

上圖一所示的分類(lèi)只是其中一種分類(lèi)方法。另外，按照編碼器運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分，可以分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可以分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。旋轉(zhuǎn)式光電編碼器容易做成全封閉型式，易于實(shí)現(xiàn)小型化，傳感長(zhǎng)度較長(zhǎng)，具有較長(zhǎng)的環(huán)境適用能力，因而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用

三、編碼器中常用的術(shù)語(yǔ)

1、輸出脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)一圈所輸出的脈沖數(shù)，對(duì)于光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，通常與旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部光柵的槽數(shù)相同（也可在電路上使輸出脈沖數(shù)增加到槽數(shù)的 2 倍，4 倍）

2、分辨率

分辨率表示旋轉(zhuǎn)編碼器的主軸旋轉(zhuǎn)一周，讀出位置數(shù)據(jù)的最大等分?jǐn)?shù)。絕對(duì)值型不以脈沖形式輸出，而已代碼形式表示當(dāng)前主軸位置（角度）。與增量型不同，相當(dāng)于增量型的“輸出脈沖/轉(zhuǎn)”

3、光柵

光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，其光柵有金屬和玻璃兩種。如果式金屬制成的，會(huì)開(kāi)有通光孔槽；如果是玻璃制成的，是在玻璃表面涂了一層遮光膜，在此上面設(shè)有透明線條（槽）。在槽數(shù)少的場(chǎng)合，可以在金屬圓盤(pán)上用沖床加工或腐蝕法開(kāi)槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵。玻璃制的與金屬制的光柵相比不耐沖擊，因此在使用上請(qǐng)注意，不要將沖擊直接施加于編碼器上

4、最大響應(yīng)頻率

是在 1 秒內(nèi)能響應(yīng)的最大脈沖數(shù)（例：最大響應(yīng)頻率為 2KHz，即 1 秒內(nèi)可響應(yīng) 2000 個(gè)脈沖），公 式如下：

最大響應(yīng)轉(zhuǎn)速（RPM）/ 60 *（脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)）=輸出頻率 Hz

5、最大響應(yīng)轉(zhuǎn)速

是指可響應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖都可響應(yīng)，公式如下：

最大響應(yīng)頻率（Hz）/ （脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)） * 60 = 軸的轉(zhuǎn)速 RPM

6、輸出電壓

是指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會(huì)因輸出電流的變換而有所變化

7、格雷碼

格雷碼是高級(jí)數(shù)據(jù)，因?yàn)槭菃卧嚯x和循環(huán)碼，所以很安全。每步只有一位變化。數(shù)據(jù)處理時(shí)， 格雷碼必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼

8、轉(zhuǎn)速

改速度指示編碼器的機(jī)械載荷限制。如果超出該限制，將對(duì)軸承使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，另外信 號(hào)也可能中斷

四、增量式編碼器的工作原理

1、基本構(gòu)造及特點(diǎn)

增量式光電編碼器的特點(diǎn)是沒(méi)產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移，但是不能通過(guò)輸出脈沖區(qū)別出在哪個(gè)位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào)，其作用是提供一種對(duì)連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感方法，它相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置增量，不能夠直接檢測(cè)出軸的絕對(duì)位置信息。一般來(lái)說(shuō)，增量式光電編碼器輸出 A、B 兩相互差 90 讀電角度的脈沖信號(hào)（也即是兩組正交輸出信號(hào)），從而可以方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。同時(shí)還有用作參考零位的 Z相標(biāo)志（指示）脈沖信號(hào)，碼盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一周，只發(fā)出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)。標(biāo)志脈沖通常用來(lái)指示機(jī)械位置或?qū)Ψe累量清零增量式光電編碼器主要由光源、光柵板（碼盤(pán)）、固定光柵（檢測(cè)光柵）、光敏管（光電檢測(cè)器件）和轉(zhuǎn)換電路組成，如下圖二所示：

在光柵板上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期；檢測(cè)光柵上刻有 A、B 兩組與光柵板相對(duì)應(yīng)的透光縫隙，用以通過(guò)或阻擋光源和光電檢測(cè)器件之間的光線。它們的節(jié)距和碼盤(pán)上的節(jié)距相等。并且兩組透光縫隙錯(cuò)開(kāi) 1/4 節(jié)距，使得光電檢測(cè)器件輸出的信號(hào)在相位上相差 90 度電角度。當(dāng)碼盤(pán)隨著被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)光柵不動(dòng)，光線透過(guò)碼盤(pán)和檢測(cè)光柵上透過(guò)縫隙照射到光電檢測(cè)器件上，光電檢測(cè)器件就輸出兩組相位相差 90 度電角度的近似于正弦波的電信號(hào)電信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理，可以得到被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。增量式光電編碼器輸出信號(hào)波形如 下圖三所示：

2、作用原理

A、B 兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩個(gè)光敏接受管，A、B 兩點(diǎn)間距為 S2,角度碼盤(pán)的光柵間距分別為 S0 和 S1。當(dāng)角度碼盤(pán)以某個(gè)速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，那么可知輸出波形圖中的 S0:S1:S2 比值相同，同理角度碼盤(pán)以其它的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出波形中的 S0:S1:S2 比值與實(shí)際圖的 S0:S1:S2 比值仍然相同。增量式光電編碼器內(nèi)部工作原理示意圖如下圖四表示：

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