海德漢HEIDENHAIN旋轉編碼器的工作原理

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

旋轉編碼器是集光機電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當旋轉編碼器軸帶動(dòng)光柵盤(pán)旋轉時(shí)，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤(pán)狹縫切割成斷續光線(xiàn)，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。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，性能穩定，可靠使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)。

增量式編碼器

增量式編碼器軸旋轉時(shí)，有相應的相位輸出。其旋轉方向的判別和脈沖數量的增減，需借助后部的判向電路和計數器來(lái)實(shí)現。其計數起點(diǎn)可任意設定，并可實(shí)現多圈的無(wú)限累加和測量。還可以把每轉發(fā)出一個(gè)脈沖的Z信號，作為參考機械零位。當脈沖已固定，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，對原脈沖數進(jìn)行倍頻。

值編碼器

值編碼器軸旋轉器時(shí)，有與位置一一對應的代碼（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，當停電或關(guān)機后再開(kāi)機重新測量時(shí)，仍可準確地讀出停電或關(guān)機位置地代碼，并準確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測量范圍為0～360度，但特殊型號也可實(shí)現多圈測量。

正弦波編碼器

正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區別在于輸出信號是正弦波模擬量信號，而不是數字量信號。它的出現主要是為了滿(mǎn)足電氣領(lǐng)域的需要－用作電動(dòng)機的反饋檢測元件。在與其它系統相比的基礎上，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控制性能，編碼器的反饋信號必須能夠提供大量的脈沖，尤其是在轉速很低的時(shí)候，采用傳統的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖，從許多方面來(lái)看都有問(wèn)題，當電機高速旋轉（6000rpm）時(shí)，傳輸和處理數字信號是困難的。在這種情況下，處理給伺服電機的信號所需帶寬（例如編碼器每轉脈沖為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的內插法，它為旋轉角度提供了計算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉1024個(gè)正弦波編碼器中，獲得每轉超過(guò)1000，000個(gè)脈沖。接受此信號所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內插倍頻需由二次系統完成。