TR帝爾編碼器的詳細工作原理

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編碼器工作原理

兩者一般都應用于速度控制或位置控制系統的檢測元件.

旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數主要有每轉脈沖數（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉速，還可以判斷旋轉的方向。

增量型編碼器與絕對型編碼器的區分

編碼器如以信號原理來分，有增量型編碼器,絕對型編碼器。

增量型編碼器 (旋轉型)

TR帝爾編碼器的詳細工作原理工作原理:

由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩定信號；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。

信號輸出:

信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。

信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。

如單相聯接，用于單方向計數，單方向測速。

A.B兩相聯接，用于正反向計數、判斷正反向和測速。

A、B、Z三相聯接，用于帶參考位修正的位置測量。

A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾佳，可傳輸較遠的距離。

對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。

對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。

編碼器的定義與功能：

在數字系統里，常常需要將某一信息（輸入）變換為某一特定的代碼（輸出）。把二進制碼按一定的規律編排，例如8421碼、格雷碼等，使每組代碼具有一特定的含義（代表某個數字或控制信號）稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。編碼器有若干個輸入，在某一時刻只有一個輸入信號被轉換成為二進制碼。如果一個編碼器有N個輸入端和n個輸出端，則輸出端與輸入端之間應滿足關系N≤2n。 例如8線—3線編碼器和10線—4線編碼器分別有8輸入、3位二進制碼輸出和10輸入、4位二進制碼輸出。

1.4線—2線編碼器

下面分析4輸入、2位二進制輸出的編碼器的工作原理。4線—2線編碼器的功能如表5.2.1所示。

根據邏輯表達式畫出邏輯圖如圖5.2.1所示。該邏輯電路可以實現如表5.2.1所示的功能，即當I0～I3中某一個輸入為1，輸出 Y1Y0即為相對應的代碼，例如當I1為1時，Y1Y0為01。這里還有一個問題請讀者注意。當I0為1，I1～I3都為0和I0～I3均為0時Y1Y0 都是00，而這兩種情況在實際中是必須加以區分的，這個問題留待后面加以解決。當然，編碼器也可以設計為低電平有效。

2.鍵盤輸入8421BCD碼編碼器：

計算機的鍵盤輸入邏輯電路就是由編碼器組成。圖5.2.2是用十個按鍵和門電路組成的8421碼編碼器，其功能如表5.2.2所示， 其中S0～S9代表十個按鍵，即對應十進制數0～9的輸入鍵，它們對應的輸出代碼正好是8421BCD碼，同時也把它們作為邏輯變量，ABCD 為輸出代碼(A為最高位)，GS為控制使能標志。

對功能表和邏輯電路進行分析，都可得知：①該編碼器為輸入低電平有效；②在按下S0～S9中任意一個鍵時,即輸入信號中有一個為有效電平時，GS＝1，代表有信號輸入，而只有S0～S9均為高電平時GS＝0，代表無信號輸入,此時的輸出代碼0000為無效代碼。由此解決了前面提出的如何區分兩種情況下輸出都是全0的問題。

綜上所述，對編碼器歸納為以下幾點：

1.編碼器的輸入端子數N（要進行編碼的信息的個數）與輸出端子數n（所得編碼的位數）之間應滿足關系式N≤2n。

2.編碼器的每個輸入端都代表一個二進制數、十進制數或其它信息符號，而且在N個輸入端中每次只允許有一個輸入端輸入信號（輸入低電平有效或輸入高電平有效），輸出為相應的二進制代碼或二－十進制代碼（BCD碼）。

3.正確使用編碼器的控制端，可以用來擴展編碼器的功能。

一、光電編碼器的工作原理

光電編碼器，是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號。

根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

（一）增量式編碼器

增量式編碼器是直接利用光電轉換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉方向，而Z相為每轉一個脈沖，用于基準點定位。它的優點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉動的絕對位置信息。

（二）絕對式編碼器

絕對編碼器是直接輸出數字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內已有16位的絕對編碼器產品。

絕對式編碼器是利用自然二進制或循環二進制（葛萊碼）方式進行光電轉換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設計可采用二進制碼、循環碼、二進制補碼等。它的特點是：

1．可以直接讀出角度坐標的絕對值；

2．沒有累積誤差；

3．電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數來決定的，也就是說精度取決于位數，目前有10位、14位等多種。

（三）混合式絕對值編碼器

混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則*同增量式編碼器的輸出信息。

光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉換原理 轉換成相應的電脈沖或數字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數字化等優點。它廣泛應用于數控機床、回轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。

二、光電編碼器的應用電路

（一）EPC－755A光電編碼器的應用

EPC－755A光電編碼器具備良好的使用性能，在角度測量、位移測量時抗干擾能力很強，并具有穩定可靠的輸出脈沖信號，且該脈沖信號經計數后可得到被測量的數字信號。因此，我們在研制汽車駕駛模擬器時，對方向盤旋轉角度的測量選用EPC－755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路型，輸出分辨率選用360個脈沖/圈，考慮到汽車方向盤轉動是雙向的，既可順時針旋轉，也可逆時針旋轉，需要對編碼器的輸出信號鑒相后才能計數。圖2給出了光電編碼器實際使用的鑒相與雙向計數電路，鑒相電路用1個D觸發器和2個與非門組成，計數電路用3片74LS193組成編碼器有什么作用

TR帝爾編碼器的詳細工作原理編碼器用于測量速度，位置，速度或角度等物理量。它是把機械位移量轉變成電信號的傳感器，分為增量型和絕對值兩種。增量型編碼器產生脈沖信號，利用脈沖數可測量速度，長度或位置。對于絕對性編碼器，每一個位置對于一個位移的數字量數值。編碼器內部有一個轉動的圓盤（碼盤），帶有若干個透明和不透明的窗口，用光電接收器收集斷續的光束，這樣，就把光脈沖轉換成了電脈沖，然后由電子輸出線路進行處理并輸出。