增量式编码器技术

增量式旋转编码（也叫正交编码器）器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。在接合数字電(diàn)路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较式旋转编码器更具有(yǒu)廉价和简易的优势。

下面对增量式旋转编码器的内部工作原理(lǐ)（附图）

 



A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距為(wèi) S2 ,角度码盘的光栅间距分(fēn)别為(wèi)S0和S1。

当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可(kě)知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理(lǐ)角度码盘以其他(tā)的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度码盘做变速运动，把它看成為(wèi)多(duō)个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。

通过输出波形图可(kě)知每个运动周期的时序為(wèi)



我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可(kě)以轻易的得出角度码盘的运动方向，

如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可(kě)得到此次角度码盘运动位移角度為(wèi)S0弧度夹角的1/2，除以所消毫的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。

S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可(kě)以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可(kě)以得到运动方向位和位移角度了。

我们常用(yòng)的鼠标也是这个原理(lǐ)哦。

根据检测原理(lǐ)，编码器可(kě)分(fēn)為(wèi)光學(xué)式、磁式、感应式和電(diàn)容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可(kě)分(fēn)為(wèi)增量式、式以及混合式三种。

1.1增量式编码器

增量式编码器是直接利用(yòng)光電(diàn)转换原理(lǐ)输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可(kě)方便地判断出旋转方向，而Z相為(wèi)每转一个脉冲，用(yòng)于基准点定位。它的优点是原理(lǐ)构造简单，机械平均寿命可(kě)在几万小(xiǎo)时以上，抗干扰能(néng)力强，可(kě)靠性高，适合于長(cháng)距离传输。其缺点是无法输出轴转动的位置信息。



光電(diàn)编码器分(fēn)类和选择

　

光電(diàn)编码器是利用(yòng)光栅衍射原理(lǐ)实现位移—数字变换的，从50年代开始应用(yòng)于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命長(cháng)等优点，在國(guó)内外受到重视和推广。近年来更取得長(cháng)足的发展，在精密定位、速度、長(cháng)度、加速度、振动等方面得到广泛的应用(yòng)。

光電(diàn)编码器按编码方式分(fēn)為(wèi)二类：增量式与式。

1、增量式编码器特点：

增量式编码器转轴旋转时，有(yǒu)相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可(kě)实现多(duō)圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的線(xiàn)数决定。需要提高分(fēn)辩率时，可(kě)利用(yòng)90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分(fēn)辩率编码器。

2、式编码器特点：

式编码器有(yǒu)与位置相对应的代玛输出，通常為(wèi)二进制码或 BCD码。从代码数大小(xiǎo)的变化可(kě)以判别正反方向和位移所处的位置，零位代码还可(kě)以用(yòng)于停電(diàn)位置记忆。式编码器的测量范围常规為(wèi) 0—360度。

速度计与長(cháng)度计一般采用(yòng)增量式编码器，以下就其参数范围作简要的介绍，供选型参考。

（1）光栅線(xiàn)数：



（2）输出方式：

常规有(yǒu)五种输出方式：


集電(diàn)极开路输出（通用(yòng)型）


互补输出


電(diàn)压输出


長(cháng)線(xiàn)驱动器输出


UVW 输出


（3）工作電(diàn)压：常规有(yǒu)以下几种：

5V、12V、24V、5-24V（通用(yòng)型）、5-30V

（4）防护性能(néng)：常规為(wèi)防油、防尘、抗震型。

（5）弹性联接器：编码器轴与用(yòng)户轴联接时，存在同轴误差，严重时将损坏编码器。要求采用(yòng)弹性联接器（编码器厂家提供选件），解决偏心问题，一般可(kě)以做到允许扭矩<1N.m, 不同轴度<0.2mm，轴向偏角 <1.5度。

弹性联轴器常用(yòng)规格為(wèi)：



（6）安装使用(yòng)及注意事项：

编码器属于高精密仪器，安装时不得敲击和碰撞。轴端联接避免钢性联接，而应采用(yòng)弹性联轴器、尼龙齿轮或同步带联接传动。使用(yòng)转速不要超过标称转速，否则会影响電(diàn)气信号。


光電(diàn)编码器的简单认识

　

光電(diàn)编码器，是一种通过光電(diàn)转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用(yòng)zui多(duō)的传感器，光電(diàn)编码器的工作原理(lǐ)如图所示，在圆盘上有(yǒu)规则地刻有(yǒu)透光和不透光的線(xiàn)条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光線(xiàn)条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变為(wèi)脉冲，码盘上有(yǒu)之相标志(zhì)，每转一圈输出一个脉冲。此外，為(wèi)判断旋转方向，码盘还可(kě)提供相位相差90º的两路脉冲信号，如图所示。

 



根据检测原理(lǐ)，编码器可(kě)分(fēn)為(wèi)光學(xué)式、磁式、感应式和電(diàn)容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可(kě)分(fēn)為(wèi)增量式、式以及混合式三种。

1、增量式编码器是直接利用(yòng)光電(diàn)转换原理(lǐ)输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可(kě)方便地判断出旋转方向，而Z相為(wèi)每转一个脉冲，用(yòng)于基准点定位。它的优点是原理(lǐ)构造简单，机械平均寿命可(kě)在几万小(xiǎo)时以上，抗干扰能(néng)力强，可(kě)靠性高，适合于長(cháng)距离传输。其缺点是无法输出轴转动的位置信息。

2、式编码器是利用(yòng)自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光電(diàn)转换的。式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的線(xiàn)条图形，编码器可(kě)有(yǒu)若干编码，根据读出码盘上的编码，检测位置。编码的设计可(kě)采用(yòng)二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：

（1）可(kě)以直接读出角度坐(zuò)标的值；

（2）没有(yǒu)累积误差；

（3）電(diàn)源切除后位置信息不会丢失。但是分(fēn)辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有(yǒu)10位、14位等多(duō)种。

3、混合式值编码器，它输出两组信息：一组信息用(yòng)于检测磁极位置，带有(yǒu)信息功能(néng)；另一组则*同增量式编码器的输出信息。

光電(diàn)编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用(yòng)光電(diàn)转换原理(lǐ)转换成相应的電(diàn)脉冲或数字量，具有(yǒu)體(tǐ)积小(xiǎo)，精度高，工作可(kě)靠,接口数字化等优点。它广泛应用(yòng)于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。

 

增量型和值旋转编码器

一、增量型旋转编码器

轴的每转动一周，增量型编码器提供一定数量的脉冲。

周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可(kě)以用(yòng)来测量移动的速度。

如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲A、B之间相差為(wèi)90O，能(néng)使接收脉冲的電(diàn)子设备接收轴的旋转感应信号，因此可(kě)用(yòng)来实现双向的定位控制；另外，三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之為(wèi)零位信号的脉冲（Z）。

二、值旋转编码器

值编码器為(wèi)每一个轴的位置提供一个*的编码数字值。特别是在定位控制应用(yòng)中，值编码器减轻了電(diàn)子接收设备的计算任務(wù)，从而省去了复杂的和昂贵的输入装置：而且，当机器合上電(diàn)源或電(diàn)源故障后再接通電(diàn)源，不需要回到位置参考点，就可(kě)利用(yòng)当前的位置值。

单圈值编码器把轴细分(fēn)成规定数量的测量步，zui大的分(fēn)辨率為(wèi)13位，这就意味着zui大可(kě)區(qū)分(fēn)8192个位置+多(duō)圈值编码器不仅能(néng)在一圈内测量角位移，而且能(néng)够用(yòng)多(duō)步齿轮测量圈数。多(duō)圈的圈数為(wèi)12位，也就是说zui大4096圈可(kě)以被识别。总的分(fēn)辨率可(kě)达到25位或者33，554，432个测量步数。并行值旋转编码器传输位置值到估算電(diàn)子装置通过几根電(diàn)缆并行传送。

假设串行值编码器，输出数据可(kě)以用(yòng)标准的接口和标准化的协议传送，同时在过去点对点的连接实现了串行数据传送。