編碼器概論

編碼器的定義

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

編碼器的用途

編碼器被廣泛應用于需要確定位置及速度的場合，如機床、機器人、電機反饋系統以及測量和控制設備等。


編碼器的分類

編碼器的分類概覽

圖：編碼器的分類概覽
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按照機械結構形式，編碼器可以分為旋轉編碼器(rotary encoder)和線性編碼器(linear encoder)。

旋轉編碼器的應用，主要用于測量機械設備的角度、速度或者電機的轉速。

線性編碼器主要用于測量線性位移，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)與旋轉編碼器的機械組合，通過拉線盒這種機械裝置將機械設備的直線運動轉化為圓周運動，從而可以使用旋轉編碼器進行測量線性位移。

直線編碼器通常由閱讀器(reader)和測量標尺(measuring ruler)組成，通過檢測閱讀器與測量標尺之間的相對位置，從而計算出機械位置及其變化。


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

增量型編碼器的輸出為周期性重復的信號，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zui常用的編碼器之一，通過計算方波脈沖的數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（也稱長線驅動、線驅動或RS422）和HTL（也稱推挽輸出或推拉輸出）等，和開關型輸出，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，通過計算正余弦的幅值可以的細分出微小的角度。

值型編碼器的輸出則是代表著實際位置的特定的數字編碼，不同的編碼規則對應著不同的通信協議，也就是我們通常說的通信接口。

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制的一位數字）
串行口（如RS485，RS232, RS422等）
工業總線接口（如SSI, PROFIBUS, DeviceNet, CANOpen等）
工業以太網接口等（如PROFINET, Ethernet IP, EtherCAT, POWERLINK等）

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


按照檢測工作原理，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檢測原理，一般檢測精度相對較高，但在戶外及惡劣環境下使用時需要較高的防護要求，并且不適宜在凝露的環境中使用。

磁性編碼器采用磁阻或者霍爾元件對磁性材料的角度或者位移值進行測量。同光學檢測原理相比，磁電式檢測原理具有抗振動、抗污染等特點，可應用于傳統的光電編碼器不能適應的領域。

按照機械安裝方式，編碼器還可分為實心軸型和空心軸型，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。

按照適用環境，編碼器可以還分為一般工業型，重載型和防爆型等。