旋轉(zhuǎn)編碼器是什么？它的工作原理是什么？

旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)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(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)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。

旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理是：利用光電傳感器或磁電傳感器采集旋轉(zhuǎn)盤的位移信息，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸出。進(jìn)一步根據(jù)信號的數(shù)量和類型，可以實現(xiàn)不同分辨率和不同輸出形式的旋轉(zhuǎn)編碼器。其中，絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器能夠直接輸出每個位置的絕對值，而增量式旋轉(zhuǎn)編碼器則只能輸出相對位移和方向變化。

旋轉(zhuǎn)編碼器由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度)，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號;另每轉(zhuǎn)輸出一個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)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤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數(shù)量級，塑料碼盤是經(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為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。

增量式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)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。

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)床和計算儀器，因其結(jié)構(gòu)簡單、計量精度高、壽命長等優(yōu)點，在國內(nèi)外受到重視和推廣。近年來更取得長足的發(fā)展，在精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面得到廣泛的應(yīng)用。

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，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。

旋轉(zhuǎn)編碼器是一種測量機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)的傳感器。軸可位于電機(jī)上，旋轉(zhuǎn)編碼器就在這里讀取角位置或轉(zhuǎn)速。它們還可以讀取儀器或設(shè)備前面板上的表盤、旋鈕或其他電子控制裝置的角位置，替代電位計和旋轉(zhuǎn)開關(guān)。

讓我們來看看家電上的定時器控制裝置。在以前的模擬時代，可使用可變電阻器或電位計來感測該控制裝置的位置。利用當(dāng)今基于微處理器的設(shè)計，旋轉(zhuǎn)編碼器可生成更高效的數(shù)字輸入。

編碼器還可以用在控制系統(tǒng)中，為機(jī)械零件提供反饋，讓它進(jìn)行移動以正確響應(yīng)控制命令。無論是汽車還是機(jī)器人設(shè)備中的控制系統(tǒng)，編碼器都可以為控制微處理器提供必要的感測。像單匝電位計這樣的舊式解決方案感測不到軸的完整旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)編碼器可感測完整旋轉(zhuǎn)且無需停止。

旋轉(zhuǎn)編碼器將這些機(jī)械位移轉(zhuǎn)換為可發(fā)送到處理器進(jìn)行解析的電信號。根據(jù)編碼器的電輸出，可以推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)方向、角位置和旋轉(zhuǎn)速度。與電位計相比，旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字輸出使得這個過程更簡單。