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編碼器的定義

編碼器(encoder)是一種用于運(yùn)動(dòng)控制的傳感器。它利用光電、電磁、電容或電感等感應(yīng)原理，檢測(cè)物體的機(jī)械位置及其變化，并將此信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出，作為運(yùn)動(dòng)控制的反饋，傳遞給各種運(yùn)動(dòng)控制裝置。

編碼器的用途

編碼器被廣泛應(yīng)用于需要精準(zhǔn)確定位置及速度的場(chǎng)合，如機(jī)床、機(jī)器人、電機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制設(shè)備等。

編碼器的分類

編碼器的分類概覽

按照機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，編碼器可以分為旋轉(zhuǎn)編碼器(rotary encoder)和線性編碼器(linear encoder)。

• 旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用最為廣泛，主要用于測(cè)量機(jī)械設(shè)備的角度、速度或者電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

  
  

• 線性編碼器主要用于測(cè)量線性位移，又可以分為拉線編碼器(wire draw encoder)和直線編碼器(line encoder)兩類。

  
  

• 拉線編碼器是拉線盒(wire draw mechanism)與旋轉(zhuǎn)編碼器的機(jī)械組合，通過拉線盒這種機(jī)械裝置將機(jī)械設(shè)備的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)，從而可以使用旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行測(cè)量線性位移。
  
  

• 直線編碼器通常由閱讀器(reader)和測(cè)量標(biāo)尺(measuring ruler)組成，通過檢測(cè)閱讀器與測(cè)量標(biāo)尺之間的相對(duì)位置，從而計(jì)算出機(jī)械位置及其變化。
  

按照電氣輸出形式，編碼器可以分為增量型編碼器(incremental encoder)和絕對(duì)值型編碼器(absolute encoder)。

• 增量型編碼器的輸出為周期性重復(fù)的信號(hào)，如方波或者正弦波脈沖。因此，可以分為方波增量型編碼器和正余弦波增量型編碼器。

  
  

• 方波增量型編碼器是最常用的編碼器之一，通過計(jì)算方波脈沖的數(shù)量和頻率得出長度和速度。方波增量型編碼器有電壓型輸出，如TTL（也稱長線驅(qū)動(dòng)、線驅(qū)動(dòng)或RS422）和HTL（也稱推挽輸出或推拉輸出）等，和開關(guān)型輸出，如NPN開路集電極輸出和PNP開路集電極輸出。

  
  

• 正余弦波增量型編碼器的輸出一般為1Vpp或者0.5Vpp的正弦波和余弦波，通過計(jì)算正余弦的幅值可以精確的細(xì)分出微小的角度。

• 絕對(duì)值型編碼器的輸出則是代表著實(shí)際位置的特定的數(shù)字編碼，不同的編碼規(guī)則對(duì)應(yīng)著不同的通信協(xié)議，也就是我們通常說的通信接口。

  
  

• 絕對(duì)值型編碼器常見的的通信接口有：

• 模擬量（如，4-20mA電流型輸出和0-10V電壓型輸出等）

• 并行口（如推挽輸出和開路集電極輸出等，每根線芯代表著二進(jìn)制的一位數(shù)字）

• 串行口（如RS485，RS232, RS422等）

• 工業(yè)總線接口（如SSI, PROFIBUS, DeviceNet, CANOpen等）

• 工業(yè)以太網(wǎng)接口等（如PROFINET, Ethernet IP, EtherCAT, POWERLINK等）

  
  

• 絕對(duì)值型編碼器包含單圈絕對(duì)值型編碼器(Single-turn absolute encoder)和多圈絕對(duì)值型編碼器(Muliti-turn absolute encoder)。單圈絕對(duì)值型編碼器可以確定一圈范圍以內(nèi)的角度，而多圈絕對(duì)值型編碼器除了確定一圈范圍以內(nèi)的角度以外，還可以確定圈數(shù)。

按照檢測(cè)工作原理，編碼器可分為光電編碼器(optical encoder)、磁性編碼器(magnetic encoder)以及電感式編碼器(inductive encoder)和電容式編碼器(capacitive encoder)，等等。

• 光電編碼器采用光學(xué)檢測(cè)原理，一般檢測(cè)精度相對(duì)較高，但在戶外及惡劣環(huán)境下使用時(shí)需要較高的防護(hù)要求，并且不適宜在凝露的環(huán)境中使用。

  
  

• 磁性編碼器采用磁阻或者霍爾元件對(duì)磁性材料的角度或者位移值進(jìn)行測(cè)量。同光學(xué)檢測(cè)原理相比，磁電式檢測(cè)原理具有抗振動(dòng)、抗污染等特點(diǎn)，可應(yīng)用于傳統(tǒng)的光電編碼器不能適應(yīng)的領(lǐng)域。

按照機(jī)械安裝方式，編碼器還可分為實(shí)心軸型和空心軸型，其中空心軸型又可分為盲孔型和通孔型。用于伺服反饋的編碼器還常見錐孔型和錐軸型等安裝形式。

按照適用環(huán)境，編碼器可以還分為一般工業(yè)型，重載型和防爆型等。