旋转编码器的应用场合（简述旋转编码器的工作原理）

在城市中，电梯是一种非常常见的交通设备，与人们的日常生活密不可分。然而，大多数人在乘坐电梯时，可能很少会考虑，面对多人同时需要的情况，电梯如何能够准确地将不同楼层的人送到他们需要的目的地。

这背后，旋转编码器扮演着重要的角色：电梯运行过程中，旋转编码器检测到以下信号，并由软件实时计算出以下信号： —— 电梯的楼层位置、变速点位置、找平点位置，从而确定楼层水平。计数、发送变速信号和平层信号。

旋转编码器概念

相信很多人对“编码器”这个词还是比较陌生，那么它到底长什么样呢？它是如何在幕后默默无闻地为我们的生活和生产发挥着巨大的作用呢？

编码器是用于运动控制的传感器。它利用光电、电磁、电容或电感等感应原理来检测物体的机械位置和变化，并将这些信息转换成电信号输出作为运动控制的反馈，传输到各种运动控制装置。

旋转编码器是一种特殊类型的编码器。通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲并数字化输出。可用于测量转速，配合PWM技术。是工业上常用的电机定位装置，可实现快速调速，并能精确测试电机的角位移和旋转位置。

旋转编码器的优点

1、信息化：控制室除了定位之外，还可以知道其具体位置。

2、灵活性：可在控制室内灵活调整定位。

3、现场安装方便、安全。

4、寿命长：一个拳头大小的旋转编码器可以测量从几到几十几百米的距离，有n个工作站。只要解决旋转编码器的安全安装问题，很多接近开关、光电开关在现场的机械安装比较麻烦，而且容易损坏，遇到高温、潮湿等问题。由于是光电码盘，所以不存在机械损耗。只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。

5、多功能：除了定位之外，还可以远程传输当前位置、转换运动速度，这对于变频器、步进电机等应用尤为重要。

6、经济性：对于多个控制站，只需要一台旋转编码器的成本，更重要的是减少了安装、维护、损耗成本，提高了使用寿命，其经济性逐渐凸显。

综上所述的优点，旋转编码器在电梯、机床、电机配套等领域占据着非常重要的地位，越来越多地应用于各种工业控制场合。

旋转编码器的类型

根据检测原理，旋转编码器一般可分为光电式、磁式和电容式。根据其换算方式和信号输出形式，可分为增量式、绝对式和混合式三种。

光电编码器

光电编码器是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移转换为脉冲或数字量的传感器。是目前应用最广泛的传感器。一般的光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置组成。

光栅盘是一块具有一定直径的圆盘，上面均匀开有若干个矩形孔。由于光电码盘与电机同轴，当电机旋转时，光栅盘与电机同轴旋转。由发光二极管和其他电子元件组成的检测装置检测并输出若干脉冲信号。

通过计算光电编码器每秒输出脉冲数，即可反映当前电机转速。此外，为了确定旋转方向，码盘还可以提供相位差为90的两路光码输出，根据双路光码的状态变化来确定电机的方向。代码。

光电编码器一般具有较高的检测精度，但在户外和恶劣环境下使用时需要较高的防护要求，并且不适合在凝露环境中使用。

磁性编码器

磁编码器的主要部分由磁阻传感器、磁鼓和信号处理电路组成。磁鼓被烧成等间距的小磁极。磁极被磁化后，在旋转时会产生周期性分布的空间漏磁场。

磁传感器探头通过磁阻效应将变化的磁场信号转换成电阻值的变化。在外部电位的作用下，电阻值的变化转化为电压的变化。经过信号处理电路的后续处理，将模拟电压信号转换为计算机可以识别的数字信号，实现磁性旋转编码器的编码功能。

对磁鼓充磁的目的是对磁鼓上的小磁极进行磁化，使磁鼓随电机旋转时，磁鼓产生周期性变化的空间漏磁，作用于磁阻。实现编码功能。

与光学检测原理相比，磁电检测原理具有抗振动、抗污染的特点，可以应用于传统光电编码器无法适应的领域。

电容式编码器

电容式编码器与成熟、低成本、精确的数字游标卡尺基于相同的原理。电容式编码器采用杆或线的形式，一个位于固定元件上，另一个位于可移动元件上，形成配置为发射器/接收器对的可变电容。

集成ASIC 计算这些线路的变化，并使用插值法来查找轴的位置和旋转方向，建立标准正交输出以及其他编码器提供的换向输出，用于控制无刷直流电机。

电容式编码器的优点是不会磨损，并且不受工业环境中常见的灰尘、污垢和油脂等污染物的影响，这使得它们本质上比光学编码器更可靠。电容式编码器还因其数字控制功能而具有性能优势，包括无需更换为更高或更低分辨率的编码器即可调整编码器分辨率（脉冲/转）的能力。

增量式编码器

增量式旋转编码器通过内部两个光敏接收管转换其角码盘的时序和相位关系，以获得其角码盘角位移的增加（正方向）或减少（负方向）。与数字电路特别是微控制器结合后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量方面具有比绝对式旋转编码器更便宜、更简单的优点。

增量编码器内部结构及工作原理

增量式编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图所示：

码盘上刻有等间距的放射状透光狭缝，相邻两个透光狭缝之间的间隙代表一个增量周期；检测光栅上刻有与码盘相对应的两组透光狭缝A、B。用于在光源和光电检测装置之间传递或阻挡光线。

它们的节距等于码盘上的节距，且两组透光间隙错开1/4节距，使得光电检测装置输出的信号具有90电度角的相位差。当码盘随被测转轴旋转时，检测光栅不动，光线通过码盘上的传输间隙和检测光栅照射到光电检测装置上，光电检测装置输出两组相位相隔90 电角度。近似正弦波的电信号。

增量编码器利用光电转换原理，通过转换电路对电信号进行处理，输出三组方波脉冲A、B、Z相。两组脉冲A和B之间的相位差为90，因此可以轻松确定旋转方向。编码器轴旋转一圈就会输出固定脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。当需要提高分辨率时，可采用相位差90度的A、B信号加倍频率或更换高分辨率编码器。

Z相每转一个脉冲，用于参考点定位。其优点是原理和结构简单，平均机械寿命达数万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合长距离传输。其缺点是不能输出轴旋转的绝对位置信息。

A点和B点对应两个光敏接收管。 A点和B点之间的距离为S2，角码盘的光栅距离分别为S0和S1。通过输出波形图可以得知每个运动周期的时序。

我们保存当前的A、B输出值，并与接下来的A、B输出值进行比较，就可以轻松得到角码轮的运动方向。如果光栅S0等于S1，即S0和S1的弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，则可以得到角度编码器运动的位移角度为S0的弧度间夹角的1/2，除此之外根据所消耗的时间，得到角码盘运动的位移角速度。

当S0等于S1、S2等于S0的1/2时，可以在1/4运动周期内得到运动方向位和位移角度。如果S0不等于S1且S2不等于S0的1/2，则1 运动周期后才能得到运动方向和位移角度。同样的原理也适用于我们常用的鼠标。

绝对编码器

绝对编码器的工作原理

绝对式编码器是直接输出数字量的传感器。其圆形码盘上沿径向有许多同心码道。每个磁道由交替的透明和不透明扇区组成。相邻码道的扇区数加倍。码盘上码道的数量就是二进制位数。码轮的一侧有光源，另一侧有与每个码道相对应的感光元件；当码盘处于不同位置时，每个感光元件根据是否被照亮转换成相应的电平信号，形成二进制数。

这种编码器的特点是不需要计数器，在转轴上的任意位置都可以读取与位置相对应的固定数字代码。显然，码道越多，分辨率越高。对于N位二进制分辨率的编码器，码盘必须有N个条码通道。

绝对式编码器的光学码盘上有很多刻线。每条刻线按照2线、4线、8线、16线的顺序排列……这样，在编码器的每个位置，通过读取每条刻线、打开和关闭该线，得到一个唯一的二进制代码（格雷码）从2的n-1次方得到。这称为n 位绝对编码器。此类编码器由码盘的机械位置决定，不受断电和干扰的影响。

绝对编码器每个位置的唯一性是由机械位置决定的。它不需要记忆，不需要寻找参考点，也不需要一直计数。每当你需要知道位置时，你都可以读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性和数据的可靠性都大大提高。

旋转单圈绝对编码器，在旋转过程中测量光学码盘的每条刻线，以获得唯一的代码。当旋转超过360度时，编码返回原点，不符合唯一绝对编码原则。该编码器只能用于360度旋转范围内的测量，称为单圈绝对值编码器。

如果要测量超过360 度的旋转，则使用多圈绝对编码器。编码器制造商利用时钟齿轮机械的原理。当中心码盘转动时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮、多组码盘），在单圈编码的基础上增加圈数。进行编码以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器称为多圈绝对编码器。也是通过机械位置进行编码，每个位置都是唯一编码的，不需要记住。

绝对编码器特点

绝对编码器采用自然二进制或循环二进制方法进行光电转换。绝对编码器和增量编码器的区别在于盘上的透光和不透明的线条图案。绝对编码器可以有多个代码，根据码盘上的代码来检测绝对位置。编码设计可以采用二进制码、循环码、补码等。

其主要特点是：

1、可直接读取角度坐标的绝对值；

2、无累计误差；

3、断电后位置信息不会丢失。但分辨率是由二进制位数决定的，也就是说精度取决于位数。

混合式绝对编码器

混合式绝对编码器输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，具有绝对信息功能；另一组与增量编码器的输出信息完全相同。

旋转编码器在国民经济中的作用

旋转编码器的主要功能是监测传动系统中的旋转或旋转部件。旋转编码器（包括传感器）在设计时考虑了安全因素。该产品的设计给我们的工作带来了很大的效率，旋转编码器的使用为用户在工作中提高了处理效率。

旋转编码器主要应用于电梯、机床、电机配件、纺织、重型机械、医疗机械等OEM行业。其中电梯、机床、电机配件是重点应用领域。

旋转编码器将引领编码器产品生产行业走向市场领先地位。旋转编码器的出现对于编码器生产行业来说是划时代的变革。它增加了我国编码器产品的品种，给我们的生活带来了很多改变。随着现代技术的不断创新，越来越多的高科技技术运用在旋转编码器上，正在不断推动编码器向更高的水平发展，使得旋转编码器在市场中的作用越来越明显。

审稿人：刘庆