生活中經(jīng)常使用的電梯是如何精確的把人們送到指定樓層的？機(jī)床又是如何做到精確切割物料的？伺服電機(jī)又是如何保證旋轉(zhuǎn)位置精度的？這一切都要?dú)w功于一種神器——編碼器,，可是編碼器又是什么,？他又是如何精確的測(cè)量電機(jī)位置的呢,？今天就來(lái)聊一聊編碼器。
一,、什么是編碼器
編碼器是將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制,、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備,。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào),，前者稱(chēng)為碼盤(pán)，后者稱(chēng)為碼尺,。他是工業(yè)中常用的電機(jī)定位設(shè)備,，可以精確的測(cè)試電機(jī)的角位移和旋轉(zhuǎn)位置。
圖 1 編碼器
二,、編碼器分類(lèi)
按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類(lèi),。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖,，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小,。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān),，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān),。
增量式
增量式編碼器通常有3個(gè)輸出口，分別為A相,、B相、Z相輸出,，A相與B相之間相互延遲1/4周期的脈沖輸出,，根據(jù)延遲關(guān)系可以區(qū)別正反轉(zhuǎn)，而且通過(guò)取A相,、B相的上升和下降沿可以進(jìn)行2或4倍頻,；Z相為單圈脈沖，即每圈發(fā)出一個(gè)脈沖,。
增量測(cè)量法的光柵由周期性柵條組成,。位置信息通過(guò)計(jì)算自某點(diǎn)開(kāi)始的增量數(shù)（測(cè)量步距數(shù)）獲得。由于必須用絕對(duì)參考點(diǎn)確定位置值,，因此圓光柵碼盤(pán)還有一個(gè)參考點(diǎn)軌,。
絕對(duì)式
絕對(duì)式編碼器就是對(duì)應(yīng)一圈，每個(gè)基準(zhǔn)的角度發(fā)出一個(gè)唯一與該角度對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的數(shù)值,，通過(guò)外部記圈器件可以進(jìn)行多個(gè)位置的記錄和測(cè)量,。
編碼器通電時(shí)就可立即得到位置值并隨時(shí)供后續(xù)信號(hào)處理電子電路讀取,。無(wú)需移動(dòng)軸執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作。絕對(duì)位置信息來(lái)自圓光柵碼盤(pán),，它由一系列絕對(duì)碼組成,。單獨(dú)的增量刻軌信號(hào)通過(guò)細(xì)分生成位置值，同時(shí)也能生成供選用的增量信號(hào),。
單圈編碼器的絕對(duì)位置值信息每轉(zhuǎn)一圈重復(fù)一次,。多圈編碼器也能區(qū)分每圈的位置值。
圖 2 絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器的圓盤(pán)光柵
它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下,，位置是從零位標(biāo)記開(kāi)始計(jì)算的脈沖數(shù)量確定的,，而絕對(duì)型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里,，每個(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的,，因此當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)，絕對(duì)型編碼器并不與實(shí)際的位置分離,。如果電源再次接通,，那么位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的、有效的,，不像增量編碼器那樣,，必須去尋找零位標(biāo)記。
三,、編碼器工作原理
由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán),，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(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,。
圖 3 編碼器
四,、位置測(cè)量及反饋控制原理
在電梯、機(jī)床,、材料加工,、電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制設(shè)備中，編碼器占領(lǐng)著極其重要的地位,。編碼器運(yùn)用光柵和紅外光源通過(guò)接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL（HTL）的電信號(hào),，通過(guò)對(duì)TTL電平頻率和高電平個(gè)數(shù)的分析，直觀地反映出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)位置,。
由于角度和位置都可以精確的測(cè)量,，所以可以將編碼器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng),，將控制更加精確化,，這也是為什么電梯、機(jī)床等能這么精確使用的原因所在,。
綜上所述,，我們了解到編碼器按結(jié)構(gòu)劃分為增量式和絕對(duì)式兩種，他們也都是將其他信號(hào),，比如光信號(hào),，轉(zhuǎn)換成可以分析控制的電信號(hào),。而我們生活中常見(jiàn)的電梯、機(jī)床都剛好是基于電機(jī)的精確調(diào)節(jié),，通過(guò)電信號(hào)的反饋閉環(huán)控制,，編碼器配合變頻器也就理所當(dāng)然的實(shí)現(xiàn)了精確控制。