一、旋轉編碼器的原理和特點：
旋轉編碼器是集光機電技術于一體的速度位移傳感器。當旋轉編碼器軸帶動光柵盤旋轉時，經發(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生初始信號。該信號經后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。其特點是體積小，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，可靠使用壽命長等特點。
1、增量式編碼器
增量式編碼器軸旋轉時，有相應的相位輸出。其旋轉方向的判別和脈沖數量的增減，需借助后部的判向電路和計數器來實現。其計數起點可任意設定，并可實現多圈的無限累加和測量。還可以把每轉發(fā)出一個脈沖的Z信號，作為參考機械零位。當脈沖已固定，而需要提高分辨率時，可利用帶90度相位差A，B的兩路信號，對原脈沖數進行倍頻。
2、絕對值編碼器
絕對值編碼器軸旋轉器時，有與位置一一對應的代碼（二進制，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，而無需判向電路。它有一個絕對零位代碼，當停電或關機后再開機重新測量時，仍可準確地讀出停電或關機位置地代碼，并準確地找到零位代碼。一般情況下絕對值編碼器的測量范圍為0～360度，但特殊型號也可實現多圈測量。
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)別在于輸出信號是正弦波模擬量信號，而不是數字量信號。它的出現主要是為了滿足電氣領域的需要－用作電動機的反饋檢測元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎上，人們需要提高動態(tài)特性時可以采用這種編碼器。
為了保證良好的電機控制性能，編碼器的反饋信號必須能夠提供大量的脈沖，尤其是在轉速很低的時候，采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產生大量的脈沖，從許多方面來看都有問題，當電機高速旋轉（6000rpm）時，傳輸和處理數字信號是困難的。在這種情況下，處理給伺服電機的信號所需帶寬（例如編碼器每轉脈沖為10000）將很容易地超過MHz門限；而另一方面采用模擬信號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的內插法，它為旋轉角度提供了計算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉1024個正弦波編碼器中，獲得每轉超過1000，000個脈沖。接受此信號所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內插倍頻需由二次系統(tǒng)完成。
二、輸出信號
1、信號序列
一般編碼器輸出信號除A、B兩相（A、B兩通道的信號序列相位差為90度）外，每轉一圈還輸出一個零位脈沖Z。。
當主軸以順時針方向旋轉時，按下圖輸出脈沖，A通道信號位于B通道之前；當主軸逆時針旋轉時，A通道信號則位于B通道之后。從而由此判斷主軸是正轉還是反轉。
正弦輸出編碼器輸出的差分信號如下圖所示：
2、零位信號
編碼器每旋轉一周發(fā)一個脈沖，稱之為零位脈沖或標識脈沖，零位脈沖用于決定零位置或標識位置。要準確測量零位脈沖，不論旋轉方向，零位脈沖均被作為兩個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度的一半。
3、預警信號
有的編碼器還有報警信號輸出，可以對電源故障，發(fā)光二極管故障進行報警，以便用戶及時更換編碼器。
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NPN型晶體管和一個上拉電阻組成，因此當晶體管處于靜態(tài)時，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，晶體管飽和，輸出轉為0VDC的低電平，反之由零跳向正電壓。
隨著電纜長度、傳遞的脈沖頻率、及負載的增加，這種線路形式所受的影響隨之增加。因此要達到理想的使用效果，應該對這些影響加以考慮。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。
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)射極強制接到正電壓，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。事實上，NPN電壓輸出線路的主要局限性是因為它們使用了電阻，在晶體管關閉時表現出比晶體管高得多的阻抗，為克服些這缺點，在推挽式線路中額外接入了另一個晶體管，這樣無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，有利于更長的線路數據傳輸，即使是高速率時也是如此。信號飽和的電平仍然保持較低，但與上述的邏輯相比，有時較高。任何情況下推挽式線路也都可應用于NPN或PNP線路的接收器。
4、長線驅動器線路
當運行環(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
的距離時，可采用長線驅動器線路。數據的發(fā)送和接收在兩個互補
的通道中進行，所以干擾受到抑制（干擾是由電纜或相鄰設備引起的）。這種干擾可看成“共模干擾”。此外，總線驅動器的發(fā)送和接收都是以差動方式進行的，或者說互補的發(fā)送通道上是電壓的差。因此對共模干擾它不是第三者，這種傳送方式在采用DC5V系統(tǒng)時可認為與RS422兼容；在特殊芯片時，電源可達DC24V，可以在惡劣的條件（電纜長，干擾強烈等）下使用。
5、差動線路
差動線路用在具有正弦長線驅動器的模擬編碼器中，這時，要求信號的傳送不受干擾。像長線驅動器線路那樣，對于數字信號產生兩個相位相差180度的信號。這種線路特意設置了120歐姆的特有線路阻抗，它與接收器的輸入電阻相平衡，而接收器必須有相等的負載阻抗。通常，在互補信號之間并聯(lián)連,120歐姆的終端電阻就達到了這種目的。
四、常用術語
■輸出脈沖數/轉
旋轉編碼器轉一圈所輸出的脈沖數發(fā)，對于光學式旋轉編碼器，通常與旋轉編碼器內部的光柵的槽數相同（也可在電路上使輸出脈沖數增加到槽數的2倍4倍）。
■分辨率
分辨率表示旋轉編碼器的主軸旋轉一周，讀出位置數據的最大等分數。絕對值型不以脈沖形式輸出，而以代碼形式表示當前主軸位置（角度）。與增量型不同，相當于增量型的“輸出脈沖/轉” 。
■光柵
光學式旋轉編碼器，其光柵有金屬和玻璃兩種。如是金屬制的，開有通光孔槽；如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一層遮光膜，在此上面沒有透明線條（槽）。槽數少的場合，可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵，它與金屬制的光柵相比不耐沖擊，因此在使用上請注意，不要將沖擊直接施加于編碼器上。
■最大響應頻率
是在1秒內能響應的最大脈沖數
（例：最大響應頻率為2KHz，即1秒內可響應2000個脈沖）
公式如下
最大響應轉速（rpm）/60×（脈沖數/轉）=輸出頻率Hz
■最大響應轉速
是可響應的最高轉速，在此轉速下發(fā)生的脈沖可響應公式如下：
最大響應頻率（Hz）/ （脈沖數/轉）×60=軸的轉速rpm
■輸出波形
輸出脈沖（信號）的波形。
■輸出信號相位差
二相輸出時，二個輸出脈沖波形的相對的的時間差。
■輸出電壓
指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請參照輸出電流特性圖
■起動轉矩
使處于靜止狀態(tài)的編碼器軸旋轉必要的力矩。一般情況下運轉中的力矩要比起動力矩小。
■軸允許負荷
表示可加在軸上的最大負荷，有徑向和軸向負荷兩種。徑向負荷對于軸來說，是垂直方向的，受力與偏心偏角等有關；軸向負荷對軸來說，是水平方向的，受力與推拉軸的力有關。這兩個力的大小影響軸的機械壽命
■軸慣性力矩
該值表示旋轉軸的慣量和對轉速變化的阻力
■轉速
該速度指示編碼器的機械載荷限制。如果超出該限制，將對軸承使用壽命產生負面影響，另外信號也可能中斷。
■格雷碼
格雷碼是高級數據，因為是單元距離和循環(huán)碼，所以很安全。每步只有一位變化。數據處理時，格雷碼須轉化成二進制碼。
■工作電流
指通道允許的負載電流。
■工作溫度
參數表中提到的數據和公差，在此溫度范圍內是保證的。如果稍高或稍低，編碼器不會損壞。當恢復工作溫度又能達到技術規(guī)范
■工作電壓
編碼器的供電電壓。
滬公網安備31010802001143號
