旋轉(zhuǎn)編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器是另一種類型的位置傳感器，其類似于前面提到的電位計(jì)，但是是用于將旋轉(zhuǎn)軸的角位置轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)代碼的非接觸式光學(xué)裝置。換句話說，它們將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（最好是數(shù)字信號(hào)）。

所有光學(xué)編碼器都基于相同的基本原理。來自LED或紅外光源的光通過旋轉(zhuǎn)的高分辨率編碼磁盤，該磁盤包含所需的代碼模式，二進(jìn)制，格雷碼或BCD。光電探測(cè)器在旋轉(zhuǎn)時(shí)掃描光盤，電子電路將信息處理成數(shù)字形式，作為二進(jìn)制輸出脈沖流，饋送到計(jì)數(shù)器或控制器，確定軸的實(shí)際角位置。

有兩種基本類型的旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器，增量編碼器和絕對(duì)位置編碼器。

增量編碼器

 

編碼器磁盤

增量編碼器，也稱為正交編碼器或相對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器，是兩個(gè)位置傳感器中最簡(jiǎn)單的。它們的輸出是由作為編碼盤的光電池裝置產(chǎn)生的一系列方波脈沖，在其表面上具有均勻間隔的透明和暗線（稱為段），移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)經(jīng)過光源。編碼器產(chǎn)生方波脈沖流，當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)，表示旋轉(zhuǎn)軸的角位置。

增量編碼器有兩個(gè)獨(dú)立的輸出，稱為“正交輸出”。這兩個(gè)輸出在90移位^?從輸出序列來確定的軸的旋轉(zhuǎn)方向的相位彼此。

盤上的透明和暗段或槽的數(shù)量決定了設(shè)備的分辨率，并且增加圖案中的線數(shù)增加了每個(gè)旋轉(zhuǎn)度的分辨率。典型的編碼盤具有高達(dá)256個(gè)脈沖或每次旋轉(zhuǎn)8位的分辨率。

最簡(jiǎn)單的增量編碼器稱為轉(zhuǎn)速計(jì)。它具有單個(gè)方波輸出，通常用于僅需要基本位置或速度信息的單向應(yīng)用。的“正交”或“正弦波”編碼器是更常見的，并且具有兩個(gè)輸出的方波通常被稱為信道A和信道B。該裝置使用兩個(gè)光電探測(cè)器，彼此略微偏移90° ^，從而產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的正弦和余弦輸出信號(hào)。

簡(jiǎn)單的增量編碼器

通過使用Arc Tangent數(shù)學(xué)函數(shù)，可以計(jì)算軸的弧度角度。通常，旋轉(zhuǎn)位置編碼器中使用的光盤是圓形的，然后輸出的分辨率將給出為：θ= 360 / n，其中n等于編碼盤上的段數(shù)。

然后，例如，為增量編碼器提供1 ^o分辨率所需的段數(shù)將是：1 ^o  = 360 / n，因此，n = 360窗口等。此外，通過注意哪個(gè)通道產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)方向來確定首先是輸出，通道A或通道B給出兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向，A引出B或B引線A.這種布置如下所示。

增量編碼器輸出

增量編碼器用作位置傳感器時(shí)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是它們需要外部計(jì)數(shù)器來確定軸在給定旋轉(zhuǎn)內(nèi)的絕對(duì)角度。如果瞬間關(guān)閉電源，或者編碼器由于噪音或臟盤而錯(cuò)過了脈沖，則產(chǎn)生的角度信息將產(chǎn)生錯(cuò)誤。克服該缺點(diǎn)的一種方法是使用絕對(duì)位置編碼器。

絕對(duì)位置編碼器

絕對(duì)位置編碼器比正交編碼器更復(fù)雜。它們?yōu)槊總€(gè)旋轉(zhuǎn)位置提供唯一的輸出代碼，指示位置和方向。它們的編碼盤由多個(gè)同心的“軌跡”組成，包括明暗段。每個(gè)軌道與其自己的光電探測(cè)器獨(dú)立，以同時(shí)讀取每個(gè)移動(dòng)角度的唯一編碼位置值。磁盤上的磁道數(shù)對(duì)應(yīng)于編碼器的二進(jìn)制“位”分辨率，因此12位絕對(duì)編碼器將具有12個(gè)磁道，并且相同的編碼值僅每轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次。

4位二進(jìn)制編碼盤

絕對(duì)編碼器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其非易失性存儲(chǔ)器，其保持編碼器的精確位置，而不需要在電源故障時(shí)返回到“原位”位置。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)編碼器被定義為“單匝”設(shè)備，但是可以使用絕對(duì)多匝設(shè)備，通過添加額外的代碼盤獲得多次旋轉(zhuǎn)的反饋。

絕對(duì)位置編碼器的典型應(yīng)用是在計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器中，CD / DVD驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)器讀/寫頭的絕對(duì)位置，或者在打印機(jī)/繪圖儀中，以便將打印頭準(zhǔn)確地定位在紙上。