旋轉編碼器知識大全

　　旋轉式編碼器，是將旋轉的機械位移量轉換為電氣信號，對該信號進行處理后檢測位置速度等的傳感器。檢測直線機械位移量的傳感器稱為線性編碼器。

　　旋轉編碼器是一種基于電磁感應原理的精密測量角位移的傳感器，轉子和定子中均有繞組。若在轉子繞組中通上正弦激磁電流，則轉子在定子繞組中感應出同頻率的電壓，但相位或幅值隨轉子和定子的相對位移而變化。感應電壓經鑒相或鑒幅并經A/D轉換等電子線路的處理，輸出若干位的數字信號(**值型)，或輸出具有一定相位差及頻率差的多相脈沖或正弦信號。旋轉編碼器一般說來有增量式旋轉編碼器，**式旋轉編碼器，正弦輸出旋轉編碼器，馬達旋轉編碼器這幾種!一般很多**的煤礦在井下電動機的控制的時候采用PLC系統的時候有應用。

　　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，經發光元件發出的光被光柵盤狹縫切割成斷續光線，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。旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置，光電式旋轉編碼器通過光電轉換可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉換成相應的電脈沖以數字量輸出REP。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數主要有每轉脈沖數，幾十個到幾千個都有，和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉速，還可以判斷旋轉的方向。

　　旋轉編碼器*工作原理

　　由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取,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，可增強穩定信號;另每轉輸出一個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與反轉，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，其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。

　　分辨率—編碼器以每旋轉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，一般在每轉分度5~10000線。 信號輸出 　　信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。

　　信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。

　　如單相聯接，用于單方向計數，單方向測速。

　　A.B兩相聯接，用于正反向計數、判斷正反向和測速。

　　A、B、Z三相聯接，用于帶參考位修正的位置測量。

　　A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，在后續的差分輸入電路中，將共模噪聲抑制，只取有用的差模信號，因此其抗干擾能力強，可傳輸較遠的距離。

　　對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。

　　旋轉編碼器由精密器件構成，故當受到較大的沖擊時，可能會損壞內部功能，使用上應充分注意。

　　旋轉編碼器*優勢

　?、俑鶕S的旋轉變位量進行輸出 通過聯合器與軸結合，能直接檢測旋轉位移量。;

　?、趩訒r無需原點復位。(僅**型) **型的情況下，將旋轉角度作為**數值進行并列輸出。

　?、劭蓪πD方向進行檢測。 增量型中可通過A相和B相的輸出時間，**型中可通過代碼的增減來掌握旋轉方向。

　?、苷埜鶕S富的分辨率和輸出型號，選擇*合適的傳感器。 根據要求精度和成本、連接電路等，選擇適合的傳感器。

　　旋轉編碼器*類型及介紹

　　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，經發光元件發出的光被光柵盤狹縫切割成斷續光線，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、**值編碼器

　　**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**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**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。在與其它系統相比的基礎上，人們需要提高動態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完成。

　　旋轉編碼器*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，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*大等分數。**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。

　　■*大響應頻率

　　是在1秒內能響應的*大脈沖數

　　(例：*大響應頻率為2KHz，即1秒內可響應2000個脈沖)

　　公式如下

　　*大響應轉速(rpm)/60×(脈沖數/轉)=輸出頻率Hz

　　■*大響應轉速

　　是可響應的*高轉速，在此轉速下發生的脈沖可響應公式如下：

　　*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

　　■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。

　　■起動轉矩

　　使處于靜止狀態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*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

　　■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。

　　■軸慣性力矩

　　該值表示旋轉軸的慣量和對轉速變化的阻力

　　■格雷碼

　　格雷碼是**數據，因為是單元距離和循環碼，所以很**。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范

　　■工作電壓

　　編碼器的供電電壓

　　■工作電流

　　指通道允許的負載電流。

　　旋轉編碼器*選型指南

　　一、如何判斷好壞

　?、?接PLC查看脈沖個數或碼值是否正確;

　?、?接示波器查看波形;

　?、?用萬用表電壓檔測試輸出是否正常 。

　　編碼器為NPN輸出時: 測量電源正極和信號輸出線 ，

　　晶體管置ON時輸出電壓接近供電電壓，

　　晶體管置OFF時輸出電壓接近0V。

　　編碼器為PNP輸出時: 測量電源負極和信號輸出線，

　　晶體管置ON時輸出電壓接近供電電壓，

　　晶體管置OFF時輸出電壓接近0V

　　二、選型要素

　　1.電氣接口，編碼器輸出方式常見有推拉輸出(F型HTL格局)，電壓輸出(E)，集電極開路(C，常見C為NPN型管輸出，C2為PNP型管輸出)，長線驅動器輸出。其輸出方式應和其控制系統的接口電路相匹配。

　　2.分辨率，即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數，是否知足設計使用精度要求。

　　3.械安裝尺寸，包括定位止口，軸徑，安裝孔位;電纜出線方式;安裝空間體積;工作環境防護等級是否知足要求。

　　4. 附件：耦合器、法蘭盤、伺服裝置用安裝配件

　　5.保護等級：現場是否有水、油環境、粉塵環境等，目前保護構造*高為IP65

　　6.*高響應頻率：選擇的*高響應頻率需要大于對方設備的動作頻率，目前增量型*高為200KHz，**型*高為20KHz

　　7.*大答應旋轉數：選擇的編碼器的*大答應旋轉數需要高于對方設備的旋轉數，目前增量型*高為12000r/min，**型*高為6000r/min

　　8. 輸出相：A相、A相和B相、A相和B相和Z相，詳細根據客戶但愿實現什么功能來決定輸出相需要幾相(命名規則中能體現)

　　9. 輸出代碼：二進制、BCD碼、格雷二進制碼(命名規則中能體現)

　　10. 輸出形式：NPN集電極開路輸出、PNP集電極開路輸出、互補輸出、電壓輸出、線性驅動輸出。根據后續設備輸入能接收什么信號來決定編碼器的輸出形式(命名規則中能體現)

　　11.工作電壓：直流DC5-24V之間(命名規則中能體現)

　　12. 軸的形態：軸伸出，必須配耦合器才能使用;中空軸，無需配耦合器，直接可以套在對方設備上使用

　　13.分辨率：又稱位數、脈沖數、幾線制(**型編碼器中會有此稱呼)，目前增量型*大6000P/R，**型*大1024P/R

　　14.軸徑：φ2mm、φ4mm、φ6mm、φ8mm、φ10mm，用于和對方設備進行耦合

　　15.外觀大?。?phi;20mm、φ25mm、φ40mm、φ50mm、φ55mm、φ60mm，安裝編碼器時需考慮(命名規則中能體現)

　　旋轉編碼器*安裝步驟

　　請牢固安裝你的編碼器 ，以免震動而松動.

　　當編碼器的軸和機器軸聯結時，請確保軸的負載不能超過它的*大允許值.

　　當編碼器的軸通過聯軸器和機器的軸聯結時，請確保沒有偏差.

　　請不要用剛性聯軸器聯結.

　　請鎖緊聯軸器的螺絲以免在使用過程松動.

　　請選擇合適的聯軸器，因為聯軸器的重量也是增加軸的負載.

　　當用傳送帶聯結時，請用定時傳送帶，否則傳送的角度不**.

　　當使用定時穿送帶時，確保傳送帶的張力是合適的.在使用過程中請注意皮帶安裝和松脫.

　　請避免在旋轉過程中徑向負載導致皮帶輪的震動和偏差.

　　當編碼器的軸和機器的軸用齒輪聯結時，請避免徑向負載導致齒輪的部分或整體震動.

　　請不要通過聯軸器，傳送帶和齒輪來敲擊編碼器.

　　軸的聯結震動應該控制在0.1 T.I.R.

　　安裝注意事項：

　　安裝時不要給軸施加直接的沖擊。

　　編碼器軸與機器的連接，應使用柔性連接器。在軸上裝連接器時，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝**，也有可能給軸加上比允許負荷還大的負荷，或造成撥芯現象，因此，要特別注意。

　　軸承壽命與使用條件有關，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負荷比規定荷重小，可大大延長軸承壽命。

　　不要將旋轉編碼器進行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產品不宜長期浸在水、油中，表面有水、油時應擦拭干凈。

　　關于配線和連接：

　　誤配線，可能會損壞內部回路，故在配線時應充分注意

　?、?配線應在電源OFF狀態下進行，電源接通時，若輸出線接觸電源，則有時會損壞輸出回路。

　?、?若配線錯誤，則有時會損壞內部回路，所以配線時應充分注意電源的極性等。

　?、廴艉透邏壕€、動力線并行配線，則有時會受到感應造成誤動作成損壞，所以要分離開另行配線。

　?、?延長電線時，應在10m以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時間會較長有問題時，采用施密特回路等對波形進行整形。

　?、?為了避免感應噪聲等，要盡量用*短距離配線。向集成電路輸入時，特別需要注意。

　?、?電線延長時，因導體電阻及線間電容的影響，波形的上升、下降時間加長，容易產生信號間的干擾、串音，因此應用電阻小、線間電容低的電線、雙絞線、屏蔽線。

　　旋轉編碼器*檢測直線位移的方法

　　1，使用“彈性連軸器”將旋轉編碼器與驅動直線位移的動力裝置的主軸直接聯軸。

　　2，使用小型齒輪(直齒，傘齒或蝸輪蝸桿)箱與動力裝置聯軸。

　　3，使用在直齒條上轉動的齒輪來傳遞直線位移信息。

　　4，在傳動鏈條的鏈輪上獲得直線位移信息。

　　5，在同步帶輪的同步帶上獲得直線位移信息。

　　6，使用安裝有磁性滾輪的旋轉編碼器在直線位移的平整鋼鐵材料表面獲得位移信息(避免滑差)。

　　7，使用類似“鋼皮尺”的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉編碼器來探測直線位移信息(數據處理中須克服疊層卷繞誤差)。

　　8，類似7，使用帶小型力矩電機的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉編碼器來探測直線位移信息(目前德國有類似產品，結構復雜，幾乎無疊層卷繞誤差)。