分享亨氏樂(lè)旋轉(zhuǎn)編碼器的一些干貨

        旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號(hào)。其特點(diǎn)是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

1、增量式編碼器

        增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的相位輸出。其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減，需借助后部的判向電路和計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)多圈的無(wú)限累加和測(cè)量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖的Z信號(hào)，作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖已固定，而需要提高分辨率時(shí)，可利用帶90度相位差A(yù)，B的兩路信號(hào)，對(duì)原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。

2、值編碼器

        值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時(shí)，有與位置一一對(duì)應(yīng)的代碼（二進(jìn)制，BCD碼等）輸出，從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所處的位置，而無(wú)需判向電路。它有一個(gè)零位代碼，當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開機(jī)重新測(cè)量時(shí)，仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機(jī)位置地代碼，并準(zhǔn)確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測(cè)量范圍為0～360度，但特殊型號(hào)也可實(shí)現(xiàn)多圈測(cè)量。

3、正弦波編碼器

        正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區(qū)別在于輸出信號(hào)是正弦波模擬量信號(hào)，而不是數(shù)字量信號(hào)。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要－用作電動(dòng)機(jī)的反饋檢測(cè)元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上，人們需要提高動(dòng)態(tài)特性時(shí)可以采用這種編碼器。
        為了保證良好的電機(jī)控制性能，編碼器的反饋信號(hào)必須能夠提供大量的脈沖，尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時(shí)候，采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖，從許多方面來(lái)看都有問(wèn)題，當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)（6000rpm）時(shí)，傳輸和處理數(shù)字信號(hào)是困難的。在這種情況下，處理給伺服電機(jī)的信號(hào)所需帶寬（例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000）將很容易地超過(guò)MHz門限；而另一方面采用模擬信號(hào)大大減少了上述麻煩，并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信號(hào)的內(nèi)插法，它為旋轉(zhuǎn)角度提供了計(jì)算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉(zhuǎn)1024個(gè)正弦波編碼器中，獲得每轉(zhuǎn)超過(guò)1000，000個(gè)脈沖。接受此信號(hào)所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內(nèi)插倍頻需由二次系統(tǒng)完成。

二、輸出信號(hào)

1、信號(hào)序列

        一般編碼器輸出信號(hào)除A、B兩相（A、B兩通道的信號(hào)序列相位差為90度）外，每轉(zhuǎn)一圈還輸出一個(gè)零位脈沖Z。。
        當(dāng)主軸以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，按下圖輸出脈沖，A通道信號(hào)位于B通道之前；當(dāng)主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，A通道信號(hào)則位于B通道之后。從而由此判斷主軸是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。

正弦輸出編碼器輸出的差分信號(hào)如下圖所示：

2、零位信號(hào)

        編碼器每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)一個(gè)脈沖，稱之為零位脈沖或標(biāo)識(shí)脈沖，零位脈沖用于決定零位置或標(biāo)識(shí)位置。要準(zhǔn)確測(cè)量零位脈沖，不論旋轉(zhuǎn)方向，零位脈沖均被作為兩個(gè)通道的高位組合輸出。由于通道之間的相位差的存在，零位脈沖僅為脈沖長(zhǎng)度的一半。

3、預(yù)警信號(hào)

        有的編碼器還有報(bào)警信號(hào)輸出，可以對(duì)電源故障，發(fā)光二極管故障進(jìn)行報(bào)警，以便用戶及時(shí)更換編碼器。

三、輸出電路

1、NPN電壓輸出和NPN集電極開路輸出線路

        此線路僅有一個(gè)NPN型晶體管和一個(gè)上拉電阻組成，因此當(dāng)晶體管處于靜態(tài)時(shí)，輸出電壓是電源電壓，它在電路上類似于TTL邏輯，因而可以與之兼容。在有輸出時(shí)，晶體管飽和，輸出轉(zhuǎn)為0VDC的低電平，反之由零跳向正電壓。
        隨著電纜長(zhǎng)度、傳遞的脈沖頻率、及負(fù)載的增加，這種線路形式所受的影響隨之增加。因此要達(dá)到理想的使用效果，應(yīng)該對(duì)這些影響加以考慮。集電極開路的線路取消了上拉電阻。這種方式晶體管的集電極與編碼器電源的反饋線是互不相干的，因而可以獲得與編碼器電壓不同的電流輸出信號(hào)。

2、PNP和PNP集電極開路線路

    該線路與NPN線路是相同，主要的差別是晶體管，它是PNP型，其發(fā)射*制接到正電壓，如果有電阻的話，電阻是下拉型的，連接到輸出與零伏之間。

3、推挽式線路

　　這種線路用于提高線路的性能，使之高于前述各種線路。事實(shí)上，NPN電壓輸出線路的主要局限性是因?yàn)樗鼈兪褂昧穗娮瑁诰w管關(guān)閉時(shí)表現(xiàn)出比晶體管高得多的阻抗，為克服些這缺點(diǎn)，在推挽式線路中額外接入了另一個(gè)晶體管，這樣無(wú)論是正方向還是零方向變換，輸出都是低阻抗。推挽式線路提高了頻率與特性，有利于更長(zhǎng)的線路數(shù)據(jù)傳輸，即使是高速率時(shí)也是如此。信號(hào)飽和的電平仍然保持較低，但與上述的邏輯相比，有時(shí)較高。任何情況下推挽式線路也都可應(yīng)用于NPN或PNP線路的接收器。

4、長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器線路

        當(dāng)運(yùn)行環(huán)境需要隨電氣干擾或編碼器與接收系統(tǒng)之間存在很長(zhǎng)的距離時(shí)，可采用長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器線路。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收在兩個(gè)互補(bǔ)的通道中進(jìn)行，所以干擾受到抑制（干擾是由電纜或相鄰設(shè)備引起的）。這種干擾可看成“共模干擾”。此外，總線驅(qū)動(dòng)器的發(fā)送和接收都是以差動(dòng)方式進(jìn)行的，或者說(shuō)互補(bǔ)的發(fā)送通道上是電壓的差。因此對(duì)共模干擾它不是第三者，這種傳送方式在采用DC5V系統(tǒng)時(shí)可認(rèn)為與RS422兼容；在特殊芯片時(shí)，電源可達(dá)DC24V，可以在惡劣的條件（電纜長(zhǎng)，干擾強(qiáng)烈等）下使用。

亨氏樂(lè)旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速并配合PWM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。

分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過(guò)這兩組脈沖不僅可以測(cè)量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。

簡(jiǎn)介編輯

按信號(hào)的輸出類型分為：電壓輸出、集電極開路輸出、推拉互補(bǔ)輸出和長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出

形式分類編輯

有軸型：有軸型又可分為夾緊法蘭型、同步法蘭型和伺服安裝型等。

軸套型：軸套型又可分為半空型、全空型和大口徑型等。

以編碼器工作原理可分為：光電式、磁電式和觸點(diǎn)電刷式。

按碼盤的刻孔方式不同分類編碼器可分為增量式和式兩類。

增量式BEN編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。

旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)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(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)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(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。

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

這樣的方法對(duì)有些工控項(xiàng)目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零（開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置），于是就有了編碼器的出現(xiàn)。

型旋轉(zhuǎn)光電編碼器，因其每一個(gè)位置抗干擾、無(wú)需掉電記憶，已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長(zhǎng)度測(cè)量和定位控制。

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(gè)位置，通過(guò)讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯1的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯1性，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，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(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

由于編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于工控定位中。型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號(hào)必須確保連接很好，對(duì)于較復(fù)雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來(lái)諸多不便和降低可靠性，因此，編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出，德國(guó)生產(chǎn)的型編碼器串行輸出常用的是SSI（同步串行輸出）

工作原理

由一個(gè)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(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)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(guò)比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)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(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)分度5~10000線

  分享亨氏樂(lè)旋轉(zhuǎn)編碼器的一些干貨