旋转编码器

旋转编码器，也称为轴编码器，是一种机电设备，可将轴或轴的角位置或运动转换为模拟或数字输出信号。

旋转编码器主要有两种类型：xxx式和增量式。xxx编码器的输出指示当前轴位置，使其成为角度传感器。增量编码器的输出提供有关轴运动的信息，这些信息通常在其他地方处理成位置、速度和距离等信息。

旋转编码器广泛用于需要监控或控制机械系统或两者兼有的应用，包括工业控制、机器人、摄影镜头、计算机输入设备（如光机械鼠标和轨迹球）、受控应力流变仪和旋转雷达平台。

• 机械式：也称为导电编码器。蚀刻在PCB上的一系列圆周铜迹线用于通过感应导电区域的接触刷对信息进行编码。机械编码器经济但易受机械磨损的影响。它们在数字万用表等人机界面中很常见。
• 光学：这使用通过金属或玻璃盘中的狭缝照射到光电二极管上的光。反射版本也存在。这是最常见的技术之一。光学编码器对灰尘非常敏感。
• 同轴磁：该技术通常使用附在电机轴上的特殊磁化2极钕磁铁。因为它可以固定在轴的末端，所以它可以与只有一个轴伸出电机主体的电机一起使用。准确度可以从几度变化到不到1度。分辨率可以低至1度或高达0.09度（4000CPR，每转计数）。设计不佳的内部插值会导致输出抖动，但这可以通过内部样本平均来克服。
• 离轴磁：该技术通常使用连接到金属轮毂的橡胶粘合铁氧体磁铁。这为定制应用提供了设计灵活性和低成本。由于许多离轴编码器芯片具有灵活性，它们可以被编程以接受任意数量的磁极宽度，因此可以将芯片放置在应用所需的任何位置。磁性编码器在光学编码器无法工作的恶劣环境中运行。

当编码器断电时，xxx编码器会保持位置信息。编码器的位置在通电后立即可用。编码器值与被控机械物理位置的关系在装配时设定；系统无需返回校准点即可保持位置精度。

xxx编码器具有多个具有各种二进制权重的编码环，这些编码环提供一个数据字，表示编码器在一圈内的xxx位置。这种类型的编码器通常被称为并行xxx编码器。

多圈xxx旋转编码器包括附加的编码轮和齿轮。高分辨率轮测量分数旋转，而低分辨率齿轮码轮记录轴的整转数。

增量编码器将立即报告位置变化，这在某些应用中是必不可少的功能。但是，它不报告或跟踪xxx位置。因此，由增量编码器监控的机械系统可能必须归位（移动到固定参考点）以初始化xxx位置测量。

数字xxx编码器为轴的每个不同角度产生一个独特的数字代码。它们有两种基本类型：光学和机械。

包含一组同心开口环的金属盘固定在绝缘盘上，该绝缘盘刚性地固定在轴上。一排滑动触点固定在一个静止的物体上，以便每个触点在距轴不同距离的金属盘上摩擦。当圆盘随轴旋转时，一些触点接触金属，而另一些则落在金属被切割的间隙中。金属片连接到电流源，每个触点连接到单独的电传感器。金属图案的设计使得轴的每个可能位置都会创建一个xxx的二进制代码，其中一些触点连接到电流源（即打开），而其他触点则不连接（即关闭）。

刷式触点容易磨损，因此机械编码器通常用于低速应用，例如无线电接收器中的手动音量或调谐控制。

光学编码器的圆盘由玻璃或塑料制成，具有透明和不透明区域。光源和光电探测器阵列在任何时候读取由光盘位置产生的光学图案。格雷码经常被使用。该代码可以由控制设备（例如微处理器或微控制器）读取以确定轴的角度。

xxx模拟类型产生一个独特的双模拟代码，可以转换成轴的xxx角度。

磁性编码器使用一系列磁极（2个或更多）来向磁传感器（通常是磁阻或霍尔效应）表示编码器位置。磁传感器读取磁极位置。

该代码可以由控制设备（例如微处理器或微控制器）读取以确定轴的角度，类似于光学编码器。

xxx模拟类型产生一个独特的双模拟代码，可以转换为轴的xxx角度（通过使用特殊算法）。

由于记录磁效应的性质，这些编码器可能最适合在其他类型的编码器可能因灰尘或碎屑堆积而失效的情况下使用。磁性编码器对振动、轻微的不对中或冲击也相对不敏感。

无刷电机换向

内置旋转编码器用于指示永磁无刷电机中电机轴的角度，常用于数控机床、机器人和其他工业设备。在这种情况下，编码器充当反馈设备，在设备正常运行中起着至关重要的作用。无刷电机需要电子换向，这通常部分通过使用转子磁铁作为低分辨率xxx编码器（通常每转六个或十二个脉冲）来实现。产生的轴角信息被传送到伺服驱动器，使其能够随时为适当的定子绕组供电。

一个不对称形状的圆盘在编码器内旋转。该圆盘将改变两个电极之间的电容，可以将其测量和计算回一个角度值。

多圈编码器可以检测和存储不止一圈。如果编码器即使没有提供外部电源也能检测到其轴的运动，则通常使用术语xxx多圈编码器。

这种类型的编码器使用电池来保持电源周期内的计数。它使用节能电气设计来检测运动。

这些编码器使用一系列齿轮以机械方式存储转数。使用上述技术之一检测单个齿轮的位置。

这些编码器使用能量收集原理从移动轴产生能量。这一原理于2007年引入，使用韦根传感器产生足够的电力来为编码器供电并将匝数写入非易失性存储器。

旋转增量编码器是所有旋转编码器中应用最广泛的，因为它能够提供实时位置信息。增量编码器的测量分辨率不受其两个内部增量运动传感器的任何限制；人们可以在市场上找到每转计数高达10,000或更多的增量编码器。

旋转增量编码器无需提示即可报告位置变化，并且它们以比大多数类型的xxx轴编码器快几个数量级的数据速率传送此信息。因此，增量编码器通常用于需要精确测量位置和速度的应用中。

旋转增量编码器可以使用机械、光学或磁性传感器来检测旋转位置的变化。机械式通常用作电子设备上的手动操作“数字电位器”控制。例如，现代家庭和汽车音响通常使用机械旋转编码器作为音量控制。带有机械传感器的编码器需要开关去抖动，因此它们可以处理的旋转速度受到限制。当遇到更高的速度或需要更高的精度时，使用光学类型。

旋转增量式编码器有两个输出信号A和B，在编码器轴旋转时发出一个正交的周期数字波形。这类似于正弦编码器，它输出正交的正弦波形（即正弦和余弦），因此结合了编码器和旋转变压器的特性。波形频率表示轴的旋转速度，脉冲数表示移动的距离，而AB相位关系表示旋转方向。

一些旋转增量编码器具有额外的“索引”输出（通常标记为Z），当轴通过特定角度时会发出脉冲。每次旋转一次，Z信号被断言，通常总是在相同的角度，直到下一个AB状态改变。这通常用于雷达系统和其他在编码器轴位于特定参考角时需要配准信号的应用。

与xxx编码器不同，增量编码器不跟踪，也不指示其所连接的机械系统的xxx位置。因此，为了确定任何特定时刻的xxx位置，必须使用增量编码器接口“跟踪”xxx位置，该接口通常包括双向电子计数器。

廉价的增量编码器用于机械计算机鼠标。通常，使用两个编码器：一个感测左右运动，另一个感测前后运动。

具有单输出的旋转编码器（即转速计）不能用于感测运动方向，但适用于在行进方向恒定时测量速度和测量位置。在某些应用中，它们可用于测量运动距离（例如运动的英尺）。