增量型編碼器工作原理、分類以及應(yīng)用。

增量型編碼器通過內(nèi)部?jī)蓚€(gè)光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時(shí)序和相位關(guān)系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負(fù)方向）。在接合數(shù)字電路特別是單片機(jī)后，增量型旋轉(zhuǎn)編碼器在角度測(cè)量和角速度測(cè)量較絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器更具有廉價(jià)和簡(jiǎn)易的優(yōu)勢(shì)。

增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的內(nèi)部工作原理

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 ,角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。

當(dāng)角度碼盤以某個(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比值與實(shí)際圖的S0：S1：S2比值相同，同理角度碼盤以其他的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實(shí)際圖的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度碼盤做變速運(yùn)動(dòng)，把它看成為多個(gè)運(yùn)動(dòng)周期（在下面定義）的組合，那么每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實(shí)際圖的S0：S1：S2比值仍相同。

通過輸出波形圖可知每個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的時(shí)序?yàn)?br />


我們把當(dāng)前的A,B輸出值保存起來，與下一個(gè)A,B輸出值做比較，就可以輕易的得出角度碼盤的運(yùn)動(dòng)方向，

如果光柵格S0等于S1時(shí)，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運(yùn)動(dòng)位移角度為S0弧度夾角的1/2，除以所消毫的時(shí)間，就得到此次角度碼盤運(yùn)動(dòng)位移角速度。

S0等于S1時(shí)，且S2等于S0的1/2時(shí)，1/4個(gè)運(yùn)動(dòng)周期就可以得到運(yùn)動(dòng)方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個(gè)運(yùn)動(dòng)周期才可以得到運(yùn)動(dòng)方向位和位移角度了。

我們常用的鼠標(biāo)也是這個(gè)原理哦。

根據(jù)檢測(cè)原理，Hengstler編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量型、絕對(duì)式以及混合式三種。

1.1增量型編碼器

增量型編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。

光電編碼器分類和選擇

光電編碼器是利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移—數(shù)字變換的，從50年代開始應(yīng)用于機(jī)床和計(jì)算儀器，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量精度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外受到重視和推廣。近年來更取得長(zhǎng)足的發(fā)展，在精密定位、速度、長(zhǎng)度、加速度、振動(dòng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。

光電編碼器按編碼方式分為二類：增量型與絕對(duì)式。

1、增量型編碼器特點(diǎn)：

增量型編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無(wú)限累加和測(cè)量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會(huì)輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辯率時(shí)，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號(hào)進(jìn)行倍頻或更換高分辯率編碼器。

2、絕對(duì)式編碼器特點(diǎn)：

絕對(duì)式編碼器有與位置相對(duì)應(yīng)的代瑪輸出，通常為二進(jìn)制碼或 BCD 碼。從代碼數(shù)大小的變化可以判別正反方向和位移所處的位置，絕對(duì)零位代碼還可以用于停電位置記憶。絕對(duì)式編碼器的測(cè)量范圍常規(guī)為 0—360 度。

速度計(jì)與長(zhǎng)度計(jì)一般采用增量型編碼器，以下就其參數(shù)范圍作簡(jiǎn)要的介紹，供選型參考。

（1）光柵線數(shù)：

常用線數(shù)：30 、 60 、 100 、 120 、 200 、 250 、 256 、 300 、 360 、 400 、 480 、 500 、 512 、 600 、 700 、 800 、 900 、 907 、 1000 、 1024 、 1200 、 1250 、 1440 、 1500 、 1800 、 2000 、 2048 、 2400 、 2500 、 2669 、 3000 、 3600 、 4000 、 4069 、 4500 、 5000 、 5400

（2）輸出方式：

常規(guī)有五種輸出方式：

集電極開路輸出（通用型）

互補(bǔ)輸出

電壓輸出

長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器輸出

UVW 輸出

（3）工作電壓：常規(guī)有以下幾種：

5V、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V

（4）防護(hù)性能：常規(guī)為防油、防塵、抗震型。

（5）彈性聯(lián)接器：編碼器軸與用戶軸聯(lián)接時(shí)，存在同軸誤差，嚴(yán)重時(shí)將損壞編碼器。要求采用彈性聯(lián)接器（編碼器廠家提供選件），解決偏心問題，一般可以做到允許扭矩 <1N.m, 不同軸度<0.2mm，軸向偏角 <1.5度。

彈性聯(lián)軸器常用規(guī)格為：

編碼器端孔徑（mm）：Φ4、Φ5、Φ6、Φ8、Φ10、Φ15

用戶端孔徑（mm）：Φ4、Φ5、Φ6、Φ6.35、Φ8、Φ10、Φ15

（6）安裝使用及注意事項(xiàng)：

編碼器屬于高精密儀器，安裝時(shí)不得敲擊和碰撞。軸端聯(lián)接避免鋼性聯(lián)接，而應(yīng)采用彈性聯(lián)軸器、尼龍齒輪或同步帶聯(lián)接傳動(dòng)。使用轉(zhuǎn)速不要超過標(biāo)稱轉(zhuǎn)速，否則會(huì)影響電氣信號(hào)。

光電編碼器的簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)

光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器的工作原理如圖所示，在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，在圓盤兩側(cè)，安放發(fā)光元件和光敏元件。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變?yōu)槊}沖，碼盤上有之相標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)脈沖。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號(hào)，如圖所示。



根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量型、絕對(duì)式以及混合式三種。

1、增量型編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。

2、絕對(duì)式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。絕對(duì)式編碼器與增量型編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對(duì)編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測(cè)絕對(duì)位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是：

（1）可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值；

（2）沒有累積誤差；

（3）電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。

3、混合式絕對(duì)值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量型編碼器的輸出信息。

光電編碼器是一種角度（角速度）檢測(cè)裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測(cè)定等需要檢測(cè)角度的裝置和設(shè)備中。

增量型和絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器

一、增量型旋轉(zhuǎn)編碼器

軸的每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，增量型編碼器提供一定數(shù)量的脈沖。

周期性的測(cè)量或者單位時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)可以用來測(cè)量移動(dòng)的速度。

如果在一個(gè)參考點(diǎn)后面脈沖數(shù)被累加，計(jì)算值就代表了轉(zhuǎn)動(dòng)角度或行程的參數(shù)。雙通道編碼器輸出脈沖A、B之間相差為90O，能使接收脈沖的電子設(shè)備接收軸的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)信號(hào)，因此可用來實(shí)現(xiàn)雙向的定位控制；另外，三通道增量型旋轉(zhuǎn)編碼器每一圈產(chǎn)生一個(gè)稱之為零位信號(hào)的脈沖（Z）。

二、增量型絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器

絕對(duì)值編碼器為每一個(gè)軸的位置提供一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的編碼數(shù)字值。特別是在定位控制應(yīng)用中，絕對(duì)值編碼器減輕了電子接收設(shè)備的計(jì)算任務(wù)，從而省去了復(fù)雜的和昂貴的輸入裝置：而且，當(dāng)機(jī)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(dāng)前的位置值。

單圈絕對(duì)值編碼器把軸細(xì)分成規(guī)定數(shù)量的測(cè)量步，最大的分辨率為13位，這就意味著最大可區(qū)分8192個(gè)位置+多圈絕對(duì)值編碼器不僅能在一圈內(nèi)測(cè)量角位移，而且能夠用多步齒輪測(cè)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(shí)別?？偟姆直媛士蛇_(dá)到25位或者33，554，432個(gè)測(cè)量步數(shù)。并行絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)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(shè)串行絕對(duì)值編碼器，輸出數(shù)據(jù)可以用標(biāo)準(zhǔn)的接口和標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議傳送，同時(shí)在過去點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接實(shí)現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)傳送。

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