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     德國P+F倍加福旋轉(zhuǎn)編碼器的重要輸出方式和原理解析

P+F旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速并配合PWM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速的裝置，光電式P+F旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。

分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指P+F旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的P+F旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。

按信號(hào)的輸出類型分為：電壓輸出、集電極開路輸出、推拉互補(bǔ)輸出和長線驅(qū)動(dòng)輸出

有軸型：有軸型又可分為夾緊法蘭型、同步法蘭型和伺服安裝型等。

軸套型：軸套型又可分為半空型、全空型和大口徑型等。

以編碼器工作原理可分為：光電式、磁電式和觸點(diǎn)電刷式。

按碼盤的刻孔方式不同分類編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。

增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。

旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。

解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。

比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機(jī)，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作。

這樣的方法對(duì)有些工控項(xiàng)目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零（開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置），于是就有了絕對(duì)編碼器的出現(xiàn)。

絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)光電編碼器，因其每一個(gè)位置絕對(duì)、抗干擾、無需掉電記憶，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制。

絕對(duì)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(gè)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次方的的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

P+F旋轉(zhuǎn)編碼器/增量或絕對(duì)值編碼器/拉線編碼器

P+F旋轉(zhuǎn)編碼器/增量或絕對(duì)值編碼器/拉線編碼器(16張)

絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)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。

由于絕對(duì)編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。絕對(duì)型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號(hào)必須確保連接很好，對(duì)于較復(fù)雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，絕對(duì)編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出，德國生產(chǎn)的絕對(duì)型編碼器串行輸出的是SSI（同步串行輸出）

由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線

P+F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。

信號(hào)輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。

信號(hào)連接—編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。

如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測速。

A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測速。

A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。

A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，在后續(xù)的差分輸入電路中，將共模噪聲抑制，只取有用的差模信號(hào)，因此其抗干擾能力強(qiáng)，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。

對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。

P+F旋轉(zhuǎn)編碼器由精密器件構(gòu)成，故當(dāng)受到較大的沖擊時(shí)，可能會(huì)損壞內(nèi)部功能，使用上應(yīng)充分注意。

安裝

安裝時(shí)不要給軸施加直接的沖擊。

編碼器軸與機(jī)器的連接，應(yīng)使用柔性連接器。在軸上裝連接器時(shí)，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負(fù)荷還大的負(fù)荷，或造成撥芯現(xiàn)象，因此，要特別注意。

軸承壽命與使用條件有關(guān)，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負(fù)荷比規(guī)定荷重小，可大大延長軸承壽命。

不要將P+F旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長期浸在水、油中，表面有水、油時(shí)應(yīng)擦拭干凈。

振動(dòng)

加在P+F旋轉(zhuǎn)編碼器上的振動(dòng)，往往會(huì)成為誤脈沖發(fā)生的原因。因此，應(yīng)對(duì)設(shè)置場所、安裝場所加以注意。每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)槽圓盤的槽孔間隔越窄，越易受到振動(dòng)的影響。在低速旋轉(zhuǎn)或停止時(shí)，加在軸或本體上的振動(dòng)使旋轉(zhuǎn)槽圓盤抖動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生誤脈沖。

關(guān)于配線和連接

誤配線，可能會(huì)損壞內(nèi)部回路，故在配線時(shí)應(yīng)充分注意：

配線應(yīng)在電源OFF狀態(tài)下進(jìn)行，電源接通時(shí)，若輸出線接觸電源，則有時(shí)會(huì)損壞輸出回路。

若配線錯(cuò)誤，則有時(shí)會(huì)損壞內(nèi)部回路，所以配線時(shí)應(yīng)充分注意電源的極性等。

若和高壓線、動(dòng)力線并行配線，則有時(shí)會(huì)受到感應(yīng)造成誤動(dòng)作成損壞，所以要分離開另行配線。

延長電線時(shí)，應(yīng)在10m以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時(shí)間會(huì)較長，有問題時(shí)，采用施密特回路等對(duì)波形進(jìn)行整形。

為了避免感應(yīng)噪聲等，要盡量用最短距離配線。向集成電路輸入時(shí)，特別需要注意。

電線延長時(shí)，因?qū)w電阻及線間電容的影響，波形的上升、下降時(shí)間加長，容易產(chǎn)生信號(hào)間的干擾（串音），因此應(yīng)用電阻小、線間電容低的電線（雙絞線、屏蔽線）。

對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米

P+F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。

增量式

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)多圈的無限累加和測量。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(yù)，B的兩路信號(hào)，對(duì)原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。

絕對(duì)值

絕對(duì)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，而無需判向電路。它有一個(gè)絕對(duì)零位代碼，當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開機(jī)重新測量時(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。一般情況下絕對(duì)值編碼器的測量范圍為0～360度，但特殊型號(hào)也可實(shí)現(xiàn)多圈測量。

正弦波

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，從許多方面來看都有問題，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MHz門限；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。