在城市中，電梯是一種十分常見、并且與人們?nèi)粘Ｉ蠲懿豢煞值膫魉驮O(shè)備。不過，絕大多數(shù)人在乘坐電梯時，可能很少考慮到它在面對很多人同時需求時，如何準確地把不同樓層的人分送到各自所要求的目的地的。

這背后，旋轉(zhuǎn)編碼器就發(fā)揮了重要的作用：在電梯運行過程中，通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測、軟件實時計算以下信號——電梯所在層樓位置、換速點位置、平層點位置，從而進行樓層計數(shù)、發(fā)出換速信號和平層信號。

旋轉(zhuǎn)編碼器的概念

相信很多人對“編碼器”這個詞還比較陌生，那么它到底面目如何？是怎樣在幕后默默無聞地為我們的生活和生產(chǎn)發(fā)揮著巨大的作的呢？

編碼器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(zhuǎn)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。

旋轉(zhuǎn)編碼器屬于編碼器中較為特殊的一種，它通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖以數(shù)字量輸出，用來測量轉(zhuǎn)速并配合PWM技術(shù)可以實現(xiàn)快速調(diào)速，是工業(yè)中常用的電機定位設(shè)備，可以精確的測試電機的角位移和旋轉(zhuǎn)位置。

旋轉(zhuǎn)編碼器的優(yōu)點

1、信息化：除了定位，控制室還可知道其具體位置。

2、柔性化：定位可以在控制室柔性調(diào)整。

3、現(xiàn)場安裝的方便和安全。

4、長壽：拳頭大小的一個旋轉(zhuǎn)編碼器，可以測量從幾個μ到幾十幾百米的距離，n個工位，只要解決一個旋轉(zhuǎn)編碼器的安全安裝問題，可以避免諸多接近開關(guān)、光電開關(guān)在現(xiàn)場機械安裝麻煩，容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤，無機械損耗，只要安裝位置準確，其使用壽命往往很長。

5、多功能化：除了定位，還可以遠傳當前位置，換算運動速度，對于變頻器，步進電機等的應用尤為重要。

6、經(jīng)濟化：對于多個控制工位，只需一個旋轉(zhuǎn)編碼器的成本，以及更主要的安裝、維護、損耗成本降低，使用壽命增長，其經(jīng)濟化逐漸突顯出來。

綜上所述優(yōu)點，旋轉(zhuǎn)編碼器在電梯、機床、電機配套等領(lǐng)域占有非常重要的地位，并越來越廣泛地被應用于各種工控場合。

旋轉(zhuǎn)編碼器的種類

根據(jù)檢測原理，旋轉(zhuǎn)編碼器一般可分為光電式、磁式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

光式電編碼器

光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應用最多的傳感器。一般的光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置組成。

光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔，由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)．經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。

通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90°的2個通道的光碼輸出，根據(jù)雙通道光碼的狀態(tài)變化確定電機的轉(zhuǎn)向。

光電編碼器一般檢測精度相對較高，但在戶外及惡劣環(huán)境下使用時需要較高的防護要求，并且不適宜在凝露的環(huán)境中使用。

磁式編碼器

磁性編碼器主要部分由磁阻傳感器、磁鼓、信號處理電路組成。將磁鼓刻錄成等間距的小磁極，磁極被磁化后，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生周期分布的空間漏磁場。

磁傳感器探頭通過磁電阻效應將變化著的磁場信號轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化，在外加電勢的作用下，變化的電阻值轉(zhuǎn)化成電壓的變化，經(jīng)過后續(xù)信號處理電路的處理，模擬的電壓信號轉(zhuǎn)化成計算機可以識別的數(shù)字信號，實現(xiàn)磁旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼功能。

磁鼓充磁的目的是使磁鼓上的一個個小磁極被磁化，這樣在磁鼓隨著電動機旋轉(zhuǎn)時，磁鼓能產(chǎn)生周期變化的空間漏磁，作用于磁電阻之上。實現(xiàn)編碼功能。

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(tǒng)的光電編碼器不能適應的領(lǐng)域。

電容式編碼器

電容式編碼器，其原理與成熟、低成本而且精密的數(shù)字游標卡尺相同。電容編碼器采用桿狀或線狀形式，一個位于固定元件上，另一個位于活動元件上，構(gòu)成配置為發(fā)射器/接收器對的可變電容。

一體式ASIC對這些線的變化進行計數(shù)，并利用內(nèi)插法尋找軸的位置和轉(zhuǎn)動方向，建立標準的正交輸出，以及其它編碼器提供的換向輸出，用于控制無刷直流電機。

電容式編碼器的優(yōu)點是不會磨損，不受工業(yè)環(huán)境中常見的灰塵、污垢和油脂等污染物質(zhì)的影響，使其本質(zhì)上比光學編碼器更可靠。電容式編碼器還具有其數(shù)字控制特征帶來的性能優(yōu)勢，包括調(diào)節(jié)編碼器分辨率的能力 (脈沖/轉(zhuǎn)數(shù))，不需要更換為分辨率更高或更低的編碼器。

增量式編碼器

增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時序和相位關(guān)系，得到其角度碼盤角度位移量的增加（正方向）或減少（負方向）。在接合數(shù)字電路特別是單片機后，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器在角度測量和角速度測量較絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器更具有廉價和簡易的優(yōu)勢。

增量式編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理

增量式編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉(zhuǎn)換電路組成，如圖所示：

碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期；檢測光柵上刻有A、B 兩組與碼盤相對應的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。

它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等，并且兩組透光縫隙錯開1/4 節(jié)距，使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90°電度角。當碼盤隨著被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，檢測光柵不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透過縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差90°電度角的近似于正弦波的電信號。

增量式編碼器利用光電轉(zhuǎn)換原理將電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理后，輸出三組方波脈沖A、B和 Z相。A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辯率時，可利用90度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辯率編碼器。

Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。

A、B兩點對應兩個光敏接受管，A、B兩點間距為 S2,角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序。

我們把當前的A、B輸出值保存起來，與下一個A、B輸出值做比較，就可以輕易的得出角度碼盤的運動方向。如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，除以所消耗的時間，就得到此次角度碼盤運動位移角速度。

S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。我們常用的鼠標也是這個原理。

絕對式編碼器

絕對式編碼器工作原理

絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應的電平信號，形成二進制數(shù)。

這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。

絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線……編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

旋轉(zhuǎn)單圈絕對式編碼器，以轉(zhuǎn)動中測量光碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，稱為單圈絕對式編碼器。

如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。編碼器生產(chǎn)廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉(zhuǎn)時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。

絕對式編碼器特點

絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制方式進行光電轉(zhuǎn)換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設(shè)計可采用二進制碼、循環(huán)碼、二進制補碼等。

它的主要特點是：

1、可以直接讀出角度坐標的絕對值；

2、沒有累積誤差；

3、電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)。

混合式絕對值編碼器

混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。

旋轉(zhuǎn)編碼器在國民經(jīng)濟中的作用

旋轉(zhuǎn)編碼器的主要功能就是用于監(jiān)測傳動系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動部件，旋轉(zhuǎn)編碼器包括傳感器在設(shè)計時充分考慮了安全要素。該產(chǎn)品的設(shè)計為我們的工作帶來了很大的效率，旋轉(zhuǎn)編碼器的使用為用戶在工作中提高了加工效率。

旋轉(zhuǎn)編碼器主要應用于電梯、機床、電機配套、紡織、重載機械、醫(yī)療機械等OEM行業(yè)，其中電梯、機床和電機配套等屬于重點應用領(lǐng)域。

旋轉(zhuǎn)編碼器它將帶領(lǐng)編碼器產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)走向市場領(lǐng)先地位。旋轉(zhuǎn)編碼器的出現(xiàn)對于編碼器生產(chǎn)行業(yè)來說是一個劃時代的巨變，讓我國的編碼器產(chǎn)品種類越來越多，給我們的生活也帶來了很多改變。隨著現(xiàn)代科技的不斷革新，應用于旋轉(zhuǎn)編碼器的高新技術(shù)越來越多不斷推動著編碼器向更高的層次發(fā)展，讓旋轉(zhuǎn)編碼器在市場中發(fā)揮的作用越來越明顯。

審核編輯：劉清