亨氏樂編碼器HENGSTLER58/0360E的工作原理

旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，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(wěn)定，可靠使用壽命長等特點。

1、增量式編碼器

        增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時，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數(shù)器來實現(xiàn)。其計數(shù)起點可任意設(shè)定，并可實現(xiàn)多圈的無限累加和測量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的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，可利用帶90度相位差A(yù)，B的兩路信號，對原脈沖數(shù)進行倍頻。

2、值編碼器

        值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時，有與位置一一對應(yīng)的代碼（二進制，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。它有一個零位代碼，當停電或關(guān)機后再開機重新測量時，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，但特殊型號也可實現(xiàn)多圈測量。

3、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(qū)別在于輸出信號是正弦波模擬量信號，而不是數(shù)字量信號。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要－用作電動機的反饋檢測元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上，人們需要提高動態(tài)特性時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(zhuǎn)速很低的時候，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，當電機高速旋轉(zhuǎn)（6000rpm）時，傳輸和處理數(shù)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(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(nèi)插法，它為旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)1024個正弦波編碼器中，獲得每轉(zhuǎn)超過1000，000個脈沖。接受此信號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。

亨氏樂編碼器HENGSTLER58/0360E的工作原理

二、輸出信號

1、信號序列

        一般編碼器輸出信號除A、B兩相（A、B兩通道的信號序列相位差為90度）外，每轉(zhuǎn)一圈還輸出一個零位脈沖Z。。

        當主軸以順時針方向旋轉(zhuǎn)時，按下圖輸出脈沖，A通道信號位于B通道之前；當主軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，A通道信號則位于B通道之后。從而由此判斷主軸是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。

正弦輸出編碼器輸出的差分信號如下圖所示：

2、零位信號

        編碼器每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)一個脈沖，稱之為零位脈沖或標識脈沖，零位脈沖用于決定零位置或標識位置。要準確測量零位脈沖，不論旋轉(zhuǎn)方向，零位脈沖均被作為兩個通道的高位組合輸出。由于通道之間的相位差的存在，零位脈沖僅為脈沖長度的一半。

3、預(yù)警信號

        有的編碼器還有報警信號輸出，可以對電源故障，發(fā)光二極管故障進行報警，以便用戶及時更換編碼器。

三、輸出電路

1、NPN電壓輸出和NPN集電極開路輸出線路

        此線路僅有一個NPN型晶體管和一個上拉電阻組成，因此當晶體管處于靜態(tài)時，輸出電壓是電源電壓，它在電路上類似于TTL邏輯，因而可以與之兼容。在有輸出時，晶體管飽和，輸出轉(zhuǎn)為0VDC的低電平，反之由零跳向正電壓。

        隨著電纜長度、傳遞的脈沖頻率、及負載的增加，這種線路形式所受的影響隨之增加。因此要達到理想的使用效果，應(yīng)該對這些影響加以考慮。集電極開路的線路取消了上拉電阻。這種方式晶體管的集電極與編碼器電源的反饋線是互不相干的，因而可以獲得與編碼器電壓不同的電流輸出信號。

2、PNP和PNP集電極開路線路

    該線路與NPN線路是相同，主要的差別是晶體管，它是PNP型，其發(fā)射*制接到正電壓，如果有電阻的話，電阻是下拉型的，連接到輸出與零伏之間。

3、推挽式線路

　　這種線路用于提高線路的性能，使之高于前述各種線路。事實上，NPN電壓輸出線路的主要局限性是因為它們使用了電阻，在晶體管關(guān)閉時表現(xiàn)出比晶體管高得多的阻抗，為克服些這缺點，在推挽式線路中額外接入了另一個晶體管，這樣無論是正方向還是零方向變換，輸出都是低阻抗。推挽式線路提高了頻率與特性，有利于更長的線路數(shù)據(jù)傳輸，即使是高速率時也是如此。信號飽和的電平仍然保持較低，但與上述的邏輯相比，有時較高。任何情況下推挽式線路也都可應(yīng)用于NPN或PNP線路的接收器。

4、長線驅(qū)動器線路

        當運行環(huán)境需要隨電氣干擾或編碼器與接收系統(tǒng)之間存在很長的距離時，可采用長線驅(qū)動器線路。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收在兩個互補的通道中進行，所以干擾受到抑制（干擾是由電纜或相鄰設(shè)備引起的）。