旋转、线性、位置和光学编码器类型

    有几种不同的方式可以对运动控制应用中的编码器进行表征。最常见的方法是通过被监控的运动类型来表征这些设备，无论是线性（直线）还是旋转。三种最常见的编码器类型是线性编码器、旋转编码器和角度编码器。

线性编码器

    线性编码器处理物体沿路径或直线的移动，例如在前面提到的定长切割应用中。这种类型的编码器使用传感器来测量两点之间的移动或距离，有时使用电缆（更长的距离）或小杆（更短的距离）。在这些情况下，在编码器换能器和移动物体之间铺设电缆。当物体移动时，传感器从电缆收集数据并产生模拟或数字输出信号，用于确定物体的移动或位置。

旋转编码器

    旋转编码器用于提供有关旋转物体或设备（例如电机轴）运动的反馈。旋转编码器将运动轴的角位置转换为模拟或数字输出信号，然后使控制系统能够确定轴的位置或速度。

    旋转编码器可以包含轴，也可以是称为通孔编码器的设计，这意味着它们能够直接安装在旋转轴（例如电机的轴）的顶部。通孔编码器有多种尺寸可供选择，并具有夹具或固定螺钉安装选项，使其适用于机器设计应用中的附件。法兰用于定位编码器并防止其与移动轴一起旋转。

角度编码器

    角度编码器与旋转编码器相似，因为它们监视并提供旋转运动的反馈，但它们的不同之处在于角度编码器倾向于提供更高的精度。

绝对值和增量编码器

    线性和旋转编码器都可用作绝对值或增量编码器，它们描述了编码器所需的信号输出。使用绝对值编码器，设备生成的输出信号会产生一组独特的数字位，这些位对应于被测物体的特定位置。即使断电，绝对值编码器的设计也可以确定物体的位置，因为每个位置都有一个特定的数字信号。

    旋转绝对值编码器可用于单圈和多圈设计。单圈编码器能够在任何一个轴旋转内提供信息。多圈编码器能够提供关于轴位置多次旋转甚至大量旋转的位置信息。

    绝对值编码器用于需要知道物体准确位置的应用中。它们还用于机器或过程在很长一段时间内处于非活动状态或以非常慢的速度移动的情况。

    增量编码器使用一种更简单的运动计数方法，并依靠通过计算脉冲数来确定物体的位置，然后使用该计数来计算位置。因为它们依赖于脉冲计数，所以没有可用于确定绝对位置的唯一数字签名。因此，在断电的情况下，增量编码器必须以原始位置或参考点为参考，以便可以重置计数器，然后用于计算相对运动。考虑差异的一种方法是增量编码器测量相对于某个参考点的相对运动，而绝对值编码器使用直接反映位置的唯一信号代码直接测量位置。

编码器传感技术

    编码器中可以使用多种不同的传感技术来检测运动或位置。编码器设计中最常用的传感技术包括：

• 光学的
• 磁的
• 电容式

光学编码器

    光学编码器是所有传感方法中最准确的。旋转光学编码器由 LED 等光源和带有一系列不透明线和交替半透明槽的旋转盘组成。当光通过旋转圆盘时，安装在圆盘另一侧的光传感器检测到光并产生正弦电信号，该信号对应于从半透明槽检测到的光的存在和不透明线的光的不存在。然后，电路将正弦信号转换为方波信号，这是一系列高低脉冲。

磁性编码器

    磁性编码器依靠检测磁通量的变化来确定物体的运动和位置。磁性旋转编码器由一个磁化盘组成，该磁化盘沿其圆周分布有多个磁极。传感器位于磁盘旁边，当磁盘旋转时，传感器检测到磁盘表面中不同磁极通过传感器附近时的磁场变化。变化的磁场用于产生正弦输出信号，该信号可以转换为方波脉冲，供控制电路进行计数。这些编码器中使用的传感器既可以利用霍尔效应检测电压变化，也可以是磁阻传感器，可以直接检测磁场变化。

电容编码器

    电容式编码器是一种用于编码器设计的相对较新的传感技术。工作原理依赖于使用高频参考信号检测电容变化。例如，对于旋转电容式编码器，使用三部分装置来实现信号编码——一个固定的发射器、一个转子和一个固定的接收器。发射器产生通过转子流向接收器的高频电信号或电流。转子旋转时，转子上印有正弦曲线图案，转子旋转时调制交流信号，接收器将调制信号转换为一系列输出脉冲，可用于建立旋转运动的增量。转子在变送器产生的信号和转子上的金属之间产生变化的容抗，

正交编码器

    虽然单通道编码器可用于建立运动和运动，但它们受到无法感知运动方向的限制。例如，在旋转编码器中，顺时针运动将产生与逆时针运动相同的输出信号，因此编码器的电输出不能检测旋转方向，只能检测运动幅度。这个缺点可以通过使用所谓的正交编码器来消除。

    正交编码器利用两个输出通道，其电输出信号是异相的。为了实现这一点，正交编码器内部的码盘将包含两个磁道 – 一个用于两个信号通道 A 和 B 中的每一个。码盘上这些磁道的编码使得当信号产生时（例如通过使用光源），来自通道 A 的方波脉冲电 90 ^o与来自通道 B 的方波脉冲异相。例如，对于旋转编码器顺时针方向旋转的情况，通道 A 方波脉冲将“领先”通道 B 的方波脉冲，当旋转方向切换到逆时针时，通道 B 的脉冲将领先于通道 A 的脉冲。因此，使用相移的两个信号通道允许控制电路接收编码器输出脉冲来区分运动的方向性。同样的原理也适用于直线运动编码器。

    增量正交编码器通常添加一个称为标记或索引的附加信号通道，用于建立参考点，然后可以使用该参考点建立位置和运动方向。

选择注意事项

    选择编码器需要了解应用程序的环境条件和所需的性能水平。以下是在对编码器产品做出采购决策时应审查的一些选择注意事项。

1. 正在监测什么类型的运动——线性的还是旋转的？
2. 正在测量哪些参数——位置、运动速度？
3. 方向的记录重要吗？– 这将有助于确定单通道编码器是否足够，或者是否需要多通道编码器。
4. 编码器将暴露在哪些特定环境条件下？– 这将有助于确定最适合编码器的传感技术。这包括潜在的暴露于：
   1. 灰尘
   2. 水分
   3. 腐蚀性或腐蚀性化学品
   4. 震惊
   5. 振动
   6. 极端温度
5. 在断电的情况下，预期的应用程序是否可以重新归位？这将有助于确定对增量编码器与绝对编码器的需求。
6. 测量需要多少分辨率？
7. 系统的电气要求是什么？– 这包括考虑输出接口，例如点对点接口、现场总线接口或以太网接口。
8. 什么样的机械包装和设计适合应用？– 对于旋转执行器，这包括决定通孔编码器与轴编码器、锁定机构的类型、孔径以及密封或裸露编码器封装是否更好。