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編碼器的詳細介紹
點擊次數：510 發布時間：2015-5-29
編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。
編碼器可按以下方式來分類。
1、按碼盤的刻孔方式不同分類
(1)增量型:就是每轉過單位的角度就發出一個脈沖信號(也有發正余弦信號，
編碼器(圖1)
然后對其進行細分，斬波出頻率更高的脈沖)，通常為A相、B相、Z相輸出，A相、B相為相互延遲1/4周期的脈沖輸出，根據延遲關系可以區別正反轉，而且通過取A相、B相的上升和下降沿可以進行2或4倍頻;Z相為單圈脈沖，即每圈發出一個脈沖。
(2)值型:就是對應一圈，每個基準的角度發出一個*與該角度對應二進制的數值，通過外部記圈器件可以進行多個位置的記錄和測量。
2、按信號的輸出類型分為:電壓輸出、集電極開路輸出、推拉互補輸出和長線驅動輸出。
3、以編碼器機械安裝形式分類
(1)有軸型:有軸型又可分為夾緊法蘭型、同步法蘭型和伺服安裝型等。
(2)軸套型:軸套型又可分為半空型、全空型和大口徑型等。
4、以編碼器工作原理可分為:光電式、磁電式和觸點電刷式。
常見故障
1、編碼器本身故障:是指編碼器本身元器件出現故障，
編碼器(圖2)
導致其不能產生和輸出正確的波形。這種情況下需更換編碼器或維修其內部器件。
2、編碼器連接電纜故障:這種故障出現的幾率 zui高，維修中經常遇到，應是優先考慮的因素。通常為編碼器電纜斷路、短路或接觸不良，這時需更換電纜或接頭。還應特別注意是否是由于電纜固定不緊，造成松動引起開焊或斷路，這時需卡緊電纜。
3、編碼器+5V電源下降:是指+5V電源過低， 通常不能低于4.75V，造成過低的原因是供電電源故障或電源傳送電纜阻值偏大而引起損耗，這時需檢修電源或更換電纜。
4、式編碼器電池電壓下降:這種故障通常有含義明確的報警，
編碼器(圖3)
這時需更換電池，如果參考點位置記憶丟失，還須執行重回參考點操作。
5、編碼器電纜屏蔽線未接或脫落:這會引入干擾信號，使波形不穩定，影響通信的準確性，必須保證屏蔽線可靠的焊接及接地。
6、編碼器安裝松動:這種故障會影響位置控制 精度，造成停止和移動中位置偏差量超差，甚至剛一開機即產生伺服系統過載報警，請特別注意。
7、光柵污染 這會使信號輸出幅度下降，必須用脫脂棉沾*輕輕擦除油污。
安裝使用
型旋轉編碼器的機械安裝使用:
型旋轉編碼器的機械安裝有高速端安裝、低速端安裝、
編碼器(圖4)
輔助機械裝置安裝等多種形式。
高速端安裝:安裝于動力馬達轉軸端(或齒輪連接)，此方法優點是分辨率高，由于多圈編碼器有4096圈，馬達轉動圈數在此量程范圍內，可充分用足量程而提高分辨率，缺點是運動物體通過減速齒輪后，來回程有齒輪間隙誤差，一般用于單向高精度控制定位，例如軋鋼的輥縫控制。另外編碼器直接安裝于高速端，馬達抖動須較小，不然易損壞編碼器。
低速端安裝:安裝于減速齒輪后，如卷揚鋼絲繩卷筒的軸端或zui后一節減速齒輪軸端，此方法已無齒輪來回程間隙，測量較直接，精度較高，此方法一般測量長距離定位，例如各種提升設備，送料小車定位等。
輔助機械安裝:
常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉輪、收繩機械等。
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，
編碼器(圖5)
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。
主要作用
它是一種將旋轉位移轉換成一串數字脈沖信號的旋轉式傳感器，
編碼器(圖6)
這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結合在一起，也可用于測量直線位移。
編碼器產生電信號后由數控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統等來處理。這些傳感器主要應用在下列方面:機床、材料加工、電動機反饋系統以及測量和控制設備。在ELTRA編碼器中角位移的轉換采用了光電掃描原理。讀數系統是基于徑向分度盤的旋轉，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構成的。此系統全部用一個紅外光源垂直照射，這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層光柵，稱為準直儀，它具有和光盤相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉動所產生的光變化，然后將光變化轉換成相應的電變化。一般地，旋轉編碼器也能得到一個速度信號，這個信號要反饋給變頻器，從而調節變頻器的輸出數據。故障現象:1、 旋轉編碼器壞(無輸出)時，變頻器不能正常工作，變得運行速度很慢，而且一會兒變頻器保護，顯示"PG斷開"...聯合動作才能起作用。要使電信號上升到較高電平，并產生沒有任何干擾的方波脈沖，這就必須用電子電路來處理。編碼器pg接線與參數矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式，必須與編碼器pg的型號相對應。一般而言，編碼器pg型號分差動輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種，其信號的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口，因此選擇合適的pg卡型號或者設置合理.
編碼器一般分為增量型與型，它們存著zui大的區別:在增量編碼器的情況下，
編碼器(圖7)
位置是從零位標記開始計算的脈沖數量確定的，而型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數是*的; 因此，當電源斷開時，型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數仍是當前的，有效的; 不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標記。
現在編碼器的廠家生產的系列都很全，一般都是的，如電梯型編碼器、機床編碼器、伺服電機型編碼器等，并且編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設備通訊。
編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺.按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種.接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導電區或絕緣區來表示代碼的狀態是"1"還是"0";非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區和不透光區來表示代碼的狀態是"1"還是"0"。
按照工作原理編碼器可分為增量式和式兩類。
編碼器(圖8)
增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。
旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖，通過計數設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產結果出現后才能知道。解決的方法是增加參考點，編碼器每經過參考點，將參考位置修正進計數設備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。
編碼器由機械位置決定的每個位置的*性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。
由于編碼器在定位方面明顯地優于增量式編碼器，
編碼器(圖9)
已經越來越多地應用于工控定位中。型編碼器因其高精度，輸出位數較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號必須確保連接很好，對于較復雜工況還要隔離，連接電纜芯數多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，編碼器在多位數輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出，德國生產的型編碼器串行輸出zui常用的是SSI(同步串行輸出)。
多圈式編碼器。編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪，多組碼盤)，在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼*不重復，而無需記憶。多圈編碼器另一個優點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。多圈式編碼器在長度定位方面的優勢明顯，已經越來越多地應用于工控定位中。
信號輸出
信號輸出有正弦波(電流或電壓)，方波(TTL、HTL)，
編碼器(圖10)
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，電流對于電纜貢獻的電磁場為0,衰減zui小，抗干擾*，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。
對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。