光電編碼器分類(lèi)和選擇
編碼器Encoder為傳感器(Sensor)類(lèi)的一種，主要用來(lái)偵測機械運動(dòng)的速度、位置、角度、距離或計數，除了應用在產(chǎn)業(yè)機械外，許多的馬達控制如伺服馬達、BLDC伺服馬達均需配備編碼器以供馬達控制器作為換相、速度及位置的檢出所以應用范圍相當廣泛。根據檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，分為增量式編碼器和絕對式編碼器。光電編碼器是利用光柵衍射原理實(shí)現位移—數字變換的，從50年代開(kāi)始應用于機床和計算儀器，因其結構簡(jiǎn)單、計量精度高、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，在國內外受到重視和推廣，在精密定位、速度、長(cháng)度、加速度、振動(dòng)等方面得到廣泛的應用。
a.增量式編碼器特點(diǎn)：
增量式編碼器轉軸旋轉時(shí)，有相應的脈沖輸出，其計數起點(diǎn)任意設定，可實(shí)現多圈無(wú)限累加和測量。編碼器軸轉一圈會(huì )輸出固定的脈沖，脈沖數由編碼器光柵的線(xiàn)數決定。需要提高分辨率時(shí)，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器。
b. 絕對式編碼器特點(diǎn)
絕對式編碼器有與位置相對應的代碼輸出，通常為二進(jìn)制碼或 BCD 碼。從代碼數大小的變化可
以判別正反方向和位移所處的位置，絕對零位代碼還可以用于停電位置記憶。絕對式編碼器的測量范圍常規為 0—360 度。
增量型旋轉編碼器
軸的每圈轉動(dòng)，增量型編碼器提供一定數量的脈沖。周期性的測量或者單位時(shí)間內的脈沖計數可以用來(lái)測量移動(dòng)的速度。如果在一個(gè)參考點(diǎn)后面脈沖數被累加，計算值就代表了轉動(dòng)角度或行程的參數。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(lái)實(shí)現雙向的定位控制；另外，三通道增量型旋轉編碼器每一圈產(chǎn)生一個(gè)稱(chēng)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(gè)軸的位置提供一個(gè)獨一無(wú)二的編碼數字值。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(wù)，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(diǎn)，就可利用當前的位置值。
單圈絕對值編碼器把軸細分成規定數量的測量步，最大的分辨率為13位，這就意味著(zhù)最大可區分8192個(gè)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。多圈的圈數為12位，也就是說(shuō)最大4096圈可以被識別?？偟姆直媛士蛇_到25位或者33，554，432個(gè)測量步數。并行絕對值旋轉編碼器傳輸位置值到估算電子裝置通過(guò)幾根電纜并行傳送。
增量型→絕對型編碼器
旋轉增量值編碼器以轉動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計數設備來(lái)計算其位置，當編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計數設備的內部記憶來(lái)記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當來(lái)電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數設備計算并記憶的零點(diǎn)就會(huì )偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道的，只有錯誤的結果出現后才能知道。
解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過(guò)參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計數設備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準確性的。在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開(kāi)機找零等方法。
這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開(kāi)機找零（開(kāi)機后就要知道準確位置），有一些工況也不允許使用中因干擾影響而產(chǎn)生位置錯誤，于是就有了絕對編碼器的出現。
絕對值旋轉編碼器光碼盤(pán)上有許多道光通道刻線(xiàn)，每道刻線(xiàn)依次以2線(xiàn)、4線(xiàn)、8線(xiàn)、16線(xiàn)。。。。。。編排，這樣，在編碼器的每一個(gè)位置，通過(guò)讀取每道刻線(xiàn)的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱(chēng)為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤(pán)的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響，由于絕對值編碼器由機械位置決定的每個(gè)位置是唯一的，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn)，而且不用一直計數，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了
從單圈絕對值編碼器到多圈絕對值編碼器
單圈絕對值編碼器，以轉動(dòng)中測量光電碼盤(pán)各道刻線(xiàn)，以獲取唯一的編碼，當轉動(dòng)超過(guò)360度時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以?xún)鹊臏y量，稱(chēng)為單圈絕對值編碼器。要測量旋轉超過(guò)360度范圍，就要用到多圈絕對值編碼器。
編碼器生產(chǎn)廠(chǎng)家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤(pán)旋轉時(shí)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)另一組碼盤(pán)（或多組齒輪，多組碼盤(pán)），在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱(chēng)為多圈式絕對編碼器，它同樣是每個(gè)位置編碼唯一不重復的，而無(wú)需記憶。
多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必要費勁找零點(diǎn)，將某一中間位置作為起始
點(diǎn)就可以了，而大大簡(jiǎn)化了安裝調試難度。
絕對值編碼器的信號輸出
絕對值編碼器信號輸出有并行輸出、串行輸出、總線(xiàn)型輸出、變送一體型輸出等，單圈低位數的編碼器一般用并行信號輸出，而高位數的和多圈的編碼器輸出信號不用并行信號（并行信號連接線(xiàn)多，易錯碼易損壞），一般為串行或總線(xiàn)型輸出。其中串行最常用的是時(shí)鐘同步串聯(lián)信號（SSI）；總線(xiàn)型最常用的是PROFIBUS-DP型，其他的還有DeviceNet, CAN, Interbus, CC-link等；變送一體型輸出使用方便，但精度有所犧牲。
增量型編碼器與絕對型編碼器的區分 編碼器如以信號原理來(lái)分，有增量型編碼器，絕對型編碼器?！ ? 增量型編碼器(旋轉型) 工作原理： 由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線(xiàn)，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(gè)正弦波相差90度相位
差（相對于一個(gè)周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A(yíng)、B兩相上，可增強穩定信號；另每轉輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位?！ ? 由于A(yíng)、B兩相相差90度，可通過(guò)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(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤(pán)的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)是在玻璃上沉積很薄的刻線(xiàn)，其熱穩定性好，精度高，金屬碼盤(pán)直接
以通和不通刻線(xiàn)，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩定性就要比玻璃的差一個(gè)數量級，塑料碼盤(pán)是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、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(xiàn)稱(chēng)為分辨率，也稱(chēng)解析分度、或直接稱(chēng)多少線(xiàn)，一般在每轉分度5~10000線(xiàn)?！? 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(kāi)路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長(cháng)線(xiàn)差分驅動(dòng)（對稱(chēng)A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱(chēng)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(kāi)關(guān)頻率有低有高?！ ? 如單相聯(lián)接，用于單方向計數，單方向測速?！ ?
A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數、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(chēng)負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場(chǎng)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(chēng)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(chēng)負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米?！ ? 增量式編碼器的問(wèn)題： 增量型編碼器存在零點(diǎn)累計誤差，抗干擾較差，接收設備的停機需斷電記憶，開(kāi)機應找零或參考位等問(wèn)題，這些問(wèn)題如選用絕對型編碼器可以解決?！ ? 增量型編碼器的一般應用: 測速，測轉動(dòng)方向，測移動(dòng)角度、距離(相對)?！ ? 絕對型編碼器（旋轉型） 絕對編碼器光碼盤(pán)上有許多道光通道刻線(xiàn)，每道刻線(xiàn)依次以2線(xiàn)、4線(xiàn)、8線(xiàn)、16 線(xiàn)……編排，這樣，在編
碼器的每一個(gè)位置，通過(guò)讀取每道刻線(xiàn)的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱(chēng)為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤(pán)的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響?！ ? 絕對編碼器由機械位置決定的每個(gè)位置是唯一的，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn)，而且不用一直計數，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。 從單圈絕對值編碼器到多圈絕對值編碼器 旋轉單圈絕對值編碼器，以轉動(dòng)中測量光電碼盤(pán)各道刻線(xiàn)，以獲取唯一的編碼，當轉動(dòng)超過(guò)360度時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉范圍360度以?xún)鹊臏y量，稱(chēng)為單圈絕對值編碼器?！ ? 如果要測量旋轉超過(guò)360度范圍，就要用到多圈絕對值編碼器?！ ?
編碼器生產(chǎn)廠(chǎng)家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤(pán)旋轉時(shí)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)另一組碼盤(pán)（或多組齒輪，多組碼盤(pán)），在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱(chēng)為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼唯一不重復，而無(wú)需記憶?！ ? 多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測量范圍大，實(shí)際使用
往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必要費勁找零點(diǎn)， 將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡(jiǎn)化了安裝調試難度。
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