編碼器是如何進(jìn)行工作的，它的原理是什么？

編碼器是一種非常重要的電子設(shè)備，可以將機(jī)械或電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)碼音頻、視頻、圖像等領(lǐng)域。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，編碼器可以分為絕對(duì)編碼器、增量編碼器、磁性編碼器、觸發(fā)編碼器和壓電編碼器等多種類(lèi)型。每種編碼器都有其特定的優(yōu)點(diǎn)和適用場(chǎng)景，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

增量式編碼器

增量式編碼器是一種通過(guò)輸出一組脈沖信號(hào)來(lái)描述物體位置和方向的編碼器。它由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)組成，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取。增量式編碼器分為單路輸出和雙路輸出，每路輸出由A、B兩個(gè)通道組成，A通道輸出與碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)同頻率的正弦波，B通道則輸出與碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)同頻率、相位相差90度的余弦波。B通道的正弦波信號(hào)通過(guò)電路處理后可以轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)計(jì)算每秒輸出脈沖的個(gè)數(shù)，可以反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，增量式編碼器還有Z相輸出，用來(lái)參考零位。

絕對(duì)式編碼器

絕對(duì)式編碼器是一種直接輸出數(shù)字量的傳感器，它將物體的位置和方向以二進(jìn)制編碼的形式進(jìn)行表示。它由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)組成，其上有若干個(gè)通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取。光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)還可提供相位相差90度的兩路脈沖信號(hào)。編碼器分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器兩種類(lèi)型，它們的原理各不相同，但都可用于測(cè)量物體的位置和方向。

根據(jù)工作原理的不同，編碼器可分為光電編碼器(optical encoder)、磁性編碼器(magnetic encoder)、電感式編碼器(inductive encoder)和電容式編碼(capacitive encoder)等等，使用最多的是光電編碼器。

光電編碼器有光電發(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(pán)的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤(pán)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(pán)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(pán)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(chēng)為分辨率，也稱(chēng)解析分度、或直接稱(chēng)多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。

編碼器的工作原理可以分為以下幾個(gè)步驟：信號(hào)采集：編碼器通過(guò)傳感器(如光電編碼器、磁電編碼器等)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。傳感器會(huì)將連續(xù)的物理量(如位移、速度、加速度等)轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。

信號(hào)處理：經(jīng)過(guò)信號(hào)采集后，電信號(hào)需要進(jìn)行一定的處理以便于后續(xù)的計(jì)算。這個(gè)過(guò)程可能包括濾波、放大、數(shù)字化等操作。濾波可以去除噪聲，放大可以提高信號(hào)強(qiáng)度，數(shù)字化則將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)。

數(shù)據(jù)輸出：經(jīng)過(guò)處理后的電信號(hào)會(huì)被發(fā)送到計(jì)算機(jī)或其他控制器。這些數(shù)字信號(hào)表示輸入信號(hào)在時(shí)間或空間上的變化。例如，對(duì)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，每個(gè)數(shù)字表示輸入軸的一個(gè)特定角度。

數(shù)據(jù)分析與控制：接收到編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)后，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。根據(jù)所需的控制目標(biāo)，控制系統(tǒng)可能會(huì)調(diào)整輸出信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的運(yùn)動(dòng)或位置。例如，在一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中，編碼器可以幫助控制系統(tǒng)檢測(cè)關(guān)節(jié)的位置和速度，從而實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制。