编码器的种类全解析

编码器的种类

（一）按类型分类

增量式编码器简述：
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲 A、B 和 Z 相。它使用两个或以上参考点，能够从当前位置追踪方向和旋转速度。当编码器轴旋转时，会产生规定数量的正弦信号，这些正弦信号可以转换为其他信号格式并以两种不同的方式使用，用于相对定位或更常见的速度反馈设备。相对位置信息可以通过从某个原点计算各个增量来获得，当需要半绝对参考确定位置时，刻度盘会提供带有参考标记的附加轨道。
增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其旋转方向的判别和脉冲数量的增减借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的 Z 信号，作为参考机械零位。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号对原脉冲数进行倍频，或者更换高分辨率编码器。
增量式编码器具有高精度、高分辨率、实时性、可靠性、安装方便等特点。其输出信号通常分为 A 相信号和 B 相信号，相位差 90 度，通过检测 A 相和 B 相信号的变化来计算旋转角度或位移。此外，还可以提供 Z 相信号，用于标记一个旋转周期或一个位移周期的起点。
增量式编码器广泛应用于机床、机器人、电梯、汽车、包装机械等各种机械设备和自动化控制系统中，用于测量角度、速度和位置等参数。

绝对式编码器简述：
绝对式编码器是直接输出数字的传感器，各位置的输出代码唯一，不使用增量式中涉及的参考点。绝对式编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以 2 线、4 线、8 线、16 线编排，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从 2 的零次方到 2 的 n - 1 次方的唯一的 2 进制编码（格雷码），这就称为 n 位绝对编码器。
绝对式编码器具有无需记忆、无需找参考点，具有断电记忆功能、多种通信协议、快速启动速度、多轴的精确运动控制、抗干扰特性，耐腐蚀、高精度、高稳定性、高可靠性等特点。
绝对式编码器应用广泛，如在太阳能热水器中利用其位移变化使得太阳能板能大面积吸收太阳能；在工程机械中的起重机、升降机等设备上测量机械运转过程中的角度和位移变化值；在医疗行业的自动控制手术床上通过安装对角度变化值进行测量以控制手柄；在汽车等交通工具上被称为四轮定位编码器，用于测试轮子状态；在电梯等升降设备上用于启动控制等。
混合式绝对编码器简述：
混合式绝对编码器输出两组信息，一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。

（二）按检测原理分类

光学式编码器简述：
光学式编码器是所有编码器中最为流行的版本，典型的增量式，使用光来检测位置。光学编码器由发光装置（LED）、光电传感器和称为码轮的圆盘组成，该圆盘在径向上带有狭缝，并将旋转位置信息检测为光脉冲信号。当连接到电机等旋转轴上的码轮旋转时，根据固定发光元件发出的光是否通过码轮的狭缝，会产生光脉冲。光电传感器检测光脉冲，将其转换为电信号并输出。
光学编码器具有分辨率高、精度高、速度快、输出频率高等优势。其通过测量被测物体的旋转角度并将测量到的旋转角度转化为脉冲电信号输出，可用于角度测量、长度测量、速度测量、位置测量、同步控制等多个领域。
磁式编码器简述：
磁式编码器典型的增量式编码器，通常采用集成芯片形式或传动轴式，使用内部或外部磁铁检测位置。
感应式编码器简述：
感应式编码器的工作原理是采用独特的电磁感应非接触测量技术。基本原理和传统的旋转变压器类似，但没有铜线线圈，以 PCB 技术实现密集的线圈绕组。它能够在恶劣的条件下实现高度准确、高度可靠的测量。
电容式编码器简述：
电容式编码器依靠电极间电容值的变化来反映被测电极运动状态。主要由转子、固定发射器及固定接收器等三部分组成。具有非接触式测量、精度高等优点，但成本相对较高。

（三）按信号输出类型分类
电压输出简述：
电压输出型编码器输出信号为电压值，通常用于模拟量控制系统。
集电极开路输出简述：
集电极开路输出的编码器，其输出端相当于三极管的集电极，需要外接上拉电阻才能输出高电平。这种输出方式具有一定的电流驱动能力，适用于连接一些需要较大电流驱动的负载。
推拉互补输出简述：
推拉互补输出编码器的输出端有两个晶体管，一个用于推电流，一个用于拉电流，从而实现互补输出。这种输出方式具有较高的输出电流能力和较快的响应速度，适用于高速数据传输和对输出电流要求较高的场合。
长线驱动输出简述：
长线驱动输出编码器具有较强的抗干扰能力和较远的传输距离。它通过在输出信号中加入一定的驱动能力，使得信号在长距离传输过程中能够保持较好的质量。适用于需要远距离传输信号的场合，如大型工业控制系统中。

（四）按机械安装形式分类
有轴型简述：
有轴型编码器又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。夹紧法兰型编码器通过夹紧装置固定在轴上，安装牢固，适用于一些需要承受较大轴向力的场合。同步法兰型编码器与轴的连接更加紧密，能够保证同步旋转，适用于对旋转精度要求较高的场合。伺服安装型编码器则专门为伺服电机设计，安装方便，能够与伺服系统完美配合。
轴套型简述：
轴套型编码器又可分为半空型、全空型和大口径型等。半空型轴套编码器在轴套的一侧有部分开口，便于安装和拆卸。全空型轴套编码器的轴套完全中空，适用于一些需要穿过轴的特殊场合。大口径型轴套编码器的轴套直径较大，能够适应较大直径的轴，安装更加稳定。

（五）按工作原理分类
光电式编码器简述：
光电式编码器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。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。
光电式编码器具有精度高、分辨率高、兼容性好等优点，但可能对灰尘和污垢敏感。广泛应用于各种领域，如数控机床、机器人、电梯等，用于测量角度、速度和位置等参数。
磁电式编码器简述：
磁电式编码器利用磁场变化来感应位置。主要由码盘、磁感应元件、调节电路等组成。具有更耐用、抗震和抗冲击的优点，且对环境变化（如灰尘、油污）较为耐受，但精度可能不如光学编码器高。
触点电刷式编码器简述：
触点电刷式编码器的特点是通过电刷与码盘上的导电区域接触来读取位置信息。这种编码器结构简单，但由于存在机械接触，容易磨损，使用寿命相对较短。