旋转编码器知识大全
旋转编码器*概述
旋转式编码器，是将旋转的机械位移量转换为电气信号，对该信号进行处理后检测位置速度等的传感器。检测直线机械位移量的传感器称为线性编码器。
旋转编码器是一种基于电磁感应原理的精密测量角位移的传感器，转子和定子中均有绕组。若在转子绕组中通上正弦激磁电流，则转子在定子绕组中感应出同频率的电压，但相位或幅值随转子和定子的相对位移而变化。感应电压经鉴相或鉴幅并经A/D转换等电子线路的处理，输出若干位的数字信号(绝对值型)，或输出具有一定相位差及频率差的多相脉冲或正弦信号。旋转编码器一般说来有增量式旋转编码器，绝对式旋转编码器，正弦输出旋转编码器，马达旋转编码器这几种!一般很多高级的煤矿在井下电动机的控制的时候采用PLC系统的时候有应用。
旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转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以数字量输出REP。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数，几十个到几千个都有，和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。
旋转编码器*工作原理
由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度)，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。信号输出信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路(PNP、NPN),推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。
信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。
如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。
A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。
A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。
A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，在后续的差分输入电路中，将共模噪声抑制，只取有用的差模信号，因此其抗干扰能力强，可传输较远的距离。
对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。
旋转编码器由精密器件构成，故当受到较大的冲击时，可能会损坏内部功能，使用上应充分注意。
旋转编码器*优势
①根据轴的旋转变位量进行输出通过联合器与轴结合，能直接检测旋转位移量。;
②启动时无需原点复位。(仅绝对型)绝对型的情况下，将旋转角度作为绝对数值进行并列输出。
③可对旋转方向进行检测。增量型中可通过A相和B相的输出时间，绝对型中可通过代码的增减来掌握旋转方向。
④请根据丰富的分辨率和输出型号，选择最合适的传感器。根据要求精度和成本、连接电路等，选择适合的传感器。
旋转编码器*类型及介绍
旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。
1、增量式编码器
增量式编码器轴旋转时，有相应的相位输出。其旋转方向的判别和脉冲数量的增减，需借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点可任意设定，并可实现多圈的无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z信号，作为参考机械零位。当脉冲已固定，而需要提高分辨率时，可利用带90度相位差A，B的两路信号，对原脉冲数进行倍频。
2、绝对值编码器
绝对值编码器轴旋转器时，有与位置一一对应的代码(二进制，BCD码等)输出，从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置，而无需判向电路。它有一个绝对零位代码，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置地代码，并准确地找到零位代码。一般情况下绝对值编码器的测量范围为0～360度，但特殊型号也可实现多圈测量。
3、正弦波编码器
正弦波编码器也属于增量式编码器，主要的区别在于输出信号是正弦波模拟量信号，而不是数字量信号。它的出现主要是为了满足电气领域的需要-用作电动机的反馈检测元件。在与其它系统相比的基础上，人们需要提高动态特性时可以采用这种编码器。
为了保证良好的电机控制性能，编码器的反馈信号必须能够提供大量的脉冲，尤其是在转速很低的时候，采用传统的增量式编码器产生大量的脉冲，从许多方面来看都有问题，当电机高速旋转(6000rpm)时，传输和处理数字信号是困难的。在这种情况下，处理给伺服电机的信号所需带宽(例如编码器每转脉冲为10000)将很容易地超过MHz门限;而另一方面采用模拟信号大大减少了上述麻烦，并有能力模拟编码器的大量脉冲。这要感谢正弦和余弦信号的内插法，它为旋转角度提供了计算方法。这种方法可以获得基本正弦的高倍增加，例如可从每转1024个正弦波编码器中，获得每转超过1000，000个脉冲。接受此信号所需的带宽只要稍许大于100KHz即已足够。内插倍频需由二次系统完成。
旋转编码器*常用术语
■输出脉冲数/转
旋转编码器转一圈所输出的脉冲数发，对于光学式旋转编码器，通常与旋转编码器内部的光栅的槽数相同(也可在电路上使输出脉冲数增加到槽数的2倍4倍)。
■分辨率
分辨率表示旋转编码器的主轴旋转一周，读出位置数据的最大等分数。绝对值型不以脉冲形式输出，而以代码形式表示当前主轴位置(角度)。与增量型不同，相当于增量型的“输出脉冲/转”。
■光栅
光学式旋转编码器，其光栅有金属和玻璃两种。如是金属制的，开有通光孔槽;如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一层遮光膜，在此上面没有透明线条(槽)。槽数少的场合，可在金属圆盘上用冲床加工或腐蚀法开槽。在耐冲击型编码器上使用了金属的光栅，它与金属制的光栅相比不耐冲击，因此在使用上请注意，不要将冲击直接施加于编码器上。
■最大响应频率
是在1秒内能响应的最大脉冲数
(例：最大响应频率为2KHz，即1秒内可响应2000个脉冲)
公式如下
最大响应转速(rpm)/60×(脉冲数/转)=输出频率Hz
■最大响应转速
是可响应的最高转速，在此转速下发生的脉冲可响应公式如下：
最大响应频率(Hz)/(脉冲数/转)×60=轴的转速rpm
■输出波形
输出脉冲(信号)的波形。
■输出电压
指输出脉冲的电压。输出电压会因输出电流的变化而有所变化。各系列的输出电压请参照输出电流特性图
■输出信号相位差
二相输出时，二个输出脉冲波形的相对的的时间差。
■起动转矩
使处于静止状态的编码器轴旋转必要的力矩。一般情况下运转中的力矩要比起动力矩小。
■轴允许负荷
表示可加在轴上的最大负荷，有径向和轴向负荷两种。径向负荷对于轴来说，是垂直方向的，受力与偏心偏角等有关;轴向负荷对轴来说，是水平方向的，受力与推拉轴的力有关。这两个力的大小影响轴的机械寿命
■转速
该速度指示编码器的机械载荷限制。如果超出该限制，将对轴承使用寿命产生负面影响，另外信号也可能中断。
■轴惯性力矩
该值表示旋转轴的惯量和对转速变化的阻力
■格雷码
格雷码是高级数据，因为是单元距离和循环码，所以很安全。每步只有一位变化。数据处理时，格雷码须转化成二进制码。
■工作温度
参数表中提到的数据和公差，在此温度范围内是保证的。如果稍高或稍低，编码器不会损坏。当恢复工作温度又能达到技术规范
■工作电压
编码器的供电电压
■工作电流
指通道允许的负载电流。
旋转编码器*选型指南
一、如何判断好坏
①接PLC查看脉冲个数或码值是否正确;
②接示波器查看波形;
③用万用表电压档测试输出是否正常。
编码器为NPN输出时:测量电源正极和信号输出线，
晶体管置ON时输出电压接近供电电压，
晶体管置OFF时输出电压接近0V。
编码器为PNP输出时:测量电源负极和信号输出线，
晶体管置ON时输出电压接近供电电压，
晶体管置OFF时输出电压接近0V
二、选型要素
1.电气接口，编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格局)，电压输出(E)，集电极开路(C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出)，长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。
2.分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否知足设计使用精度要求。
3.械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否知足要求。
4.附件：耦合器、法兰盘、伺服装置用安装配件
5.保护等级：现场是否有水、油环境、粉尘环境等，目前保护构造最高为IP65
6.最高响应频率：选择的最高响应频率需要大于对方设备的动作频率，目前增量型最高为200KHz，绝对型最高为20KHz
7.最大答应旋转数：选择的编码器的最大答应旋转数需要高于对方设备的旋转数，目前增量型最高为12000r/min，绝对型最高为6000r/min
8.输出相：A相、A相和B相、A相和B相和Z相，详细根据客户但愿实现什么功能来决定输出相需要几相(命名规则中能体现)
9.输出代码：二进制、BCD码、格雷二进制码(命名规则中能体现)
10.输出形式：NPN集电极开路输出、PNP集电极开路输出、互补输出、电压输出、线性驱动输出。根据后续设备输入能接收什么信号来决定编码器的输出形式(命名规则中能体现)
11.工作电压：直流DC5-24V之间(命名规则中能体现)
12.轴的形态：轴伸出，必须配耦合器才能使用;中空轴，无需配耦合器，直接可以套在对方设备上使用
13.分辨率：又称位数、脉冲数、几线制(绝对型编码器中会有此称呼)，目前增量型最大6000P/R，绝对型最大1024P/R
14.轴径：φ2mm、φ4mm、φ6mm、φ8mm、φ10mm，用于和对方设备进行耦合
15.外观大小：φ20mm、φ25mm、φ40mm、φ50mm、φ55mm、φ60mm，安装编码器时需考虑(命名规则中能体现)
旋转编码器*安装步骤
请牢固安装你的编码器，以免震动而松动.
当编码器的轴和机器轴联结时，请确保轴的负载不能超过它的最大允许值.
当编码器的轴通过联轴器和机器的轴联结时，请确保没有偏差.
请不要用刚性联轴器联结.
请锁紧联轴器的螺丝以免在使用过程松动.
请选择合适的联轴器，因为联轴器的重量也是增加轴的负载.
当用传送带联结时，请用定时传送带，否则传送的角度不精确.
当使用定时穿送带时，确保传送带的张力是合适的.在使用过程中请注意皮带安装和松脱.
请避免在旋转过程中径向负载导致皮带轮的震动和偏差.
当编码器的轴和机器的轴用齿轮联结时，请避免径向负载导致齿轮的部分或整体震动.
请不要通过联轴器，传送带和齿轮来敲击编码器.
轴的联结震动应该控制在0.1T.I.R.
安装注意事项：
安装时不要给轴施加直接的冲击。
编码器轴与机器的连接，应使用柔性连接器。在轴上装连接器时，不要硬压入。即使使用连接器，因安装不良，也有可能给轴加上比允许负荷还大的负荷，或造成拨芯现象，因此，要特别注意。
轴承寿命与使用条件有关，受轴承荷重的影响特别大。如轴承负荷比规定荷重小，可大大延长轴承寿命。
不要将旋转编码器进行拆解，这样做将有损防油和防滴性能。防滴型产品不宜长期浸在水、油中，表面有水、油时应擦拭干净。
关于配线和连接：
误配线，可能会损坏内部回路，故在配线时应充分注意
①配线应在电源OFF状态下进行，电源接通时，若输出线接触电源，则有时会损坏输出回路。
②若配线错误，则有时会损坏内部回路，所以配线时应充分注意电源的极性等。
③若和高压线、动力线并行配线，则有时会受到感应造成误动作成损坏，所以要分离开另行配线。
④延长电线时，应在10m以下。并且由于电线的分布容量，波形的上升、下降时间会较长有问题时，采用施密特回路等对波形进行整形。
⑤为了避免感应噪声等，要尽量用最短距离配线。向集成电路输入时，特别需要注意。
⑥电线延长时，因导体电阻及线间电容的影响，波形的上升、下降时间加长，容易产生信号间的干扰、串音，因此应用电阻小、线间电容低的电线、双绞线、屏蔽线。
旋转编码器*检测直线位移的方法
1，使用“弹性连轴器”将旋转编码器与驱动直线位移的动力装置的主轴直接联轴。
2，使用小型齿轮(直齿，伞齿或蜗轮蜗杆)箱与动力装置联轴。
3，使用在直齿条上转动的齿轮来传递直线位移信息。
4，在传动链条的链轮上获得直线位移信息。
5，在同步带轮的同步带上获得直线位移信息。
6，使用安装有磁性滚轮的旋转编码器在直线位移的平整钢铁材料表面获得位移信息(避免滑差)。
7，使用类似“钢皮尺”的“可回缩钢丝总成”连接旋转编码器来探测直线位移信息(数据处理中须克服叠层卷绕误差)。
8，类似7，使用带小型力矩电机的“可回缩钢丝总成”连接旋转编码器来探测直线位移信息(目前德国有类似产品，结构复杂，几乎无叠层卷绕误差)。