编码器介绍

1．按照检测原理分类

根据检测原理，编码器可以分为光学式、磁式、感应式和电容式等。

（1）光学式编码器（光电编码器）

光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成，是一种通过光/电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，分为直线编码器与旋转编码器。在设备运行过程中，光栅盘与电机同轴或按一定转速比旋转，经过二极管等电子元器件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，并通过计数器等脉冲接收电路来获取电机当前的位置与转速。

光电编码器是目前市场上应用最为广泛的编码器，其原理示意图如下图所示。

 光电编码器原理示意图

 （2）磁式编码器

如下图所示，磁式编码器拥有一个由金属材料制作的齿轮，同时有永磁材料与敏感元件组成的磁场接收器。当齿轮旋转时，金属齿轮会影响接收器发出的磁通，引起磁通强弱变化，变化的磁通经过敏感元件后被转换成为相应的数字或脉冲信号。

磁式编码器原理示意图

除了旋转磁式编码器之外，还有直线磁性尺，其原理相似。

（3）感应式编码器

感应式旋转编码器也是通过测量线圈间的感应现象来识别位置变化的。角度值的获取是juedui式的。通过采用每圈13或32个信号周期的码盘，可以获得比旋转变压器高得多的位置分辨率。和光电旋转编码器相似，感应式旋转编码器也可以在4096转之内唯一确定转动圈数。感应式编码器线圈之间的距离对精度有很大的影响。

（4）电容式编码器

通常是靠耦合电极来实现，目前技术尚不成熟，应用较少。

2．按照刻度方法与输出形式分类

按照刻度方法与输出形式，编码器可以分为增量式与juedui值编码器及旋转变压器。

（1）增量式编码器

增量式编码器是直接利用光/电转换原理输出3组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90°，实际应用中可以用来判断电机的旋转方向，当码盘正转时A道脉冲波形比B道超前π/2，而反转时A道脉冲比B道滞后π/2；Z相则每转输出一个脉冲，用于基准点定位，它作为码盘的基准位置，给计数系统提供一个初始的零位信号，如下图所示。

增量式编码器信号

增量式编码器的信号输出有正弦波（电流或电压）、方波（TTL、HTL）、集电极开路（PNP、NPN）、推拉式多种形式。其中常见的TTL晶体管逻辑（5V±0.25V）通常为长线差分驱动（对称A、A-，B、B-Z、Z-）；HTL也称高压晶体管（10～24V）逻辑，多为推拉式、推挽式输出。下图所示为3种不同输出形式编码器的电路。

3种不同输出形式编码器的电路

编码器的信号接收设备接口应与编码器对应，接收模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有高有低。西门子变频器为各类匹配的编码器提供了相应的接口，提供了以下几种连接方式。

单相连接：用于单方向计数、单方向测速，不适用变频器反转。

A、B两相连接：用于正反向计数、判断正反向和测速。

A、B、Z三相连接：用于带参考位修正的位置测量。

A、A-,B、B-,Z、Z-连接：由于是带有对称负信号的连接，电流对于电缆的电磁场为0，衰减最小，抗干扰zuijia，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150m；对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300m。

增量式编码器的分辨率取决于编码器每旋转360°所提供的通或暗刻线数，即编码器的线数，一般为5～10000线。

增量式编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。它的缺点是无法输出轴转动的juedui位置信息，在伺服控制应用中，系统重新上电后必须重新确定系统零点。