海德漢HEIDENHAIN旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理

旋轉(zhuǎn)編碼器（rotary encoder）也稱(chēng)為軸編碼器，是將旋轉(zhuǎn)位置或旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字信號(hào)的機(jī)電設(shè)備。一般裝設(shè)在旋轉(zhuǎn)物體中垂直旋轉(zhuǎn)軸的一面。旋轉(zhuǎn)編碼器用在許多需要旋轉(zhuǎn)位置及速度的場(chǎng)合，如工業(yè)控制、機(jī)器人技術(shù)、鏡頭、計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)及軌跡球）等。旋轉(zhuǎn)編碼器可分為型（absolute）編碼器及增量型（incremental）編碼器二種。增量型編碼器也稱(chēng)作相對(duì)型編碼器（relative encoder），利用檢測(cè)脈沖的方式來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速及位置，可輸出有關(guān)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的信息，一般會(huì)由其他設(shè)備或電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為速度、距離、每分鐘轉(zhuǎn)速或位置的信息；型編碼器會(huì)輸出旋轉(zhuǎn)軸的位置，可視為一種角度傳感器。

旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動(dòng)光柵盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤(pán)狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號(hào)。其特點(diǎn)是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

增量式編碼器

增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的相位輸出。其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減，需借助后部的判向電路和計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)多圈的無(wú)限累加和測(cè)量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖的Z信號(hào)，作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖已固定，而需要提高分辨率時(shí)，可利用帶90度相位差A，B的兩路信號(hào)，對(duì)原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。

值編碼器

值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時(shí)，有與位置一一對(duì)應(yīng)的代碼（二進(jìn)制，BCD碼等）輸出，從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所處的位置，而無(wú)需判向電路。它有一個(gè)零位代碼，當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開(kāi)機(jī)重新測(cè)量時(shí)，仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機(jī)位置地代碼，并準(zhǔn)確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測(cè)量范圍為0～360度，但特殊型號(hào)也可實(shí)現(xiàn)多圈測(cè)量。

正弦波編碼器

正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區(qū)別在于輸出信號(hào)是正弦波模擬量信號(hào)，而不是數(shù)字量信號(hào)。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要－用作電動(dòng)機(jī)的反饋檢測(cè)元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上，人們需要提高動(dòng)態(tài)特性時(shí)可以采用這種編碼器。

為了保證良好的電機(jī)控制性能，編碼器的反饋信號(hào)必須能夠提供大量的脈沖，尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時(shí)候，采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖，從許多方面來(lái)看都有問(wèn)題，當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)（6000rpm）時(shí)，傳輸和處理數(shù)字信號(hào)是困難的。在這種情況下，處理給伺服電機(jī)的信號(hào)所需帶寬（例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000）將很容易地超過(guò)MHz門(mén)限；而另一方面采用模擬信號(hào)大大減少了上述麻煩，并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信號(hào)的內(nèi)插法，它為旋轉(zhuǎn)角度提供了計(jì)算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉(zhuǎn)1024個(gè)正弦波編碼器中，獲得每轉(zhuǎn)超過(guò)1000，000個(gè)脈沖。接受此信號(hào)所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內(nèi)插倍頻需由二次系統(tǒng)完成。