P+F編碼器，P+F增量式編碼器，P+F倍加福旋轉(zhuǎn)編碼器，P+F增量式編碼器、39529839、39529830：單榮兵
P+F編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。 　　前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。 　　按照工作原理編碼器可分為增量式和式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。 　　旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。 　　解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。 　　比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機(jī)，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作。P+F編碼器，P+F增量式編碼器，P+F倍加福旋轉(zhuǎn)編碼器，P+F增量式編碼器、39529839、39529830：單榮兵 　　增量式編碼器特點(diǎn)： 　　增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會(huì)輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時(shí)，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號(hào)進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器。
量式光電編碼器原理及其結(jié)構(gòu) 增量式光電編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移，但是不能 通過輸出脈沖區(qū)別出在哪個(gè)位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào)，其作用 是提供一種對(duì)連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感方法，它是相對(duì)于某 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置增量，不能夠直接檢測出軸的位置信息。一般來說，增量式光電編 碼器輸出 A、B 兩相互差 90°電度角的脈沖信號(hào)（即所謂的兩組正交輸出信號(hào)），從而可方 便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。同時(shí)還有用作參考零位的 Z 相標(biāo)志（指示）脈沖信號(hào)，碼盤每旋轉(zhuǎn) 一周，只發(fā)出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)。標(biāo)志脈沖通常用來指示機(jī)械位置或?qū)Ψe累量清零。 增量式光電編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉(zhuǎn)換電路組成，如圖 1-1 所示。碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周 期；檢測光柵上刻有 A、B 兩組與碼盤相對(duì)應(yīng)的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測 器件之間的光線。它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等，并且兩組透光縫隙錯(cuò)開 1/4 節(jié)距，使得 光電檢測器件輸出的信號(hào)在相位上相差 90°電度角。當(dāng)碼盤隨著被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測光柵 不動(dòng)，光線透過碼盤和檢測光柵上的透過縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出 兩組相位相差 90°電度角的近似于正弦波的電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理，可以 得到被測軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。增量式光電編碼器輸出信號(hào)波形如圖 1-2 所示。P+F編碼器，P+F增量式編碼器，P+F倍加福旋轉(zhuǎn)編碼器，P+F增量式編碼器、39529839、39529830：單榮兵 增量式光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)是：原理構(gòu)造簡單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長，可達(dá)到幾萬 小時(shí)以上；分辨率高；抗干擾能力較強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離較長，可靠性較高。其缺點(diǎn)是它無法 直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置信息。 圖 1-2 增量式光電編碼器的輸出信號(hào)波形 1.2.2 基本技術(shù)規(guī)格 在增量式光電編碼器的使用過程中，對(duì)于其技術(shù)規(guī)格通常會(huì)提出不同的要求，其中zui關(guān) 鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號(hào)的穩(wěn)定性、響應(yīng)頻率、信號(hào)輸出形式。 （1）分辨率 光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周所產(chǎn)生的輸出信號(hào)基本周期數(shù)來表示的，即 脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（PPR）。碼盤上的透光縫隙的數(shù)目就等于編碼器的分辨率，碼盤上刻的縫隙越多， 編碼器的分辨率就越高。在工業(yè)電氣傳動(dòng)中，根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，可選擇分辨率通常在 500~6000PPR 的增量式光電編碼器，zui高可以達(dá)到幾萬 PPR。交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中通 常選用分辨率為 2500PPR 的編碼器。此外對(duì)光電轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，可以得到 2 倍頻 或 4 倍頻的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)一步提高分辨率。 （2）精度 增量式光電編碼器的精度與分辨率*無關(guān)，這是兩個(gè)不同的概念。精度是一種度量在 所選定的分辨率范圍內(nèi)，確定任一脈沖相對(duì)另一脈沖位置的能力。精度通常用角度、角分或 角秒來表示。編碼器的精度與碼盤透光縫隙的加工、碼盤的機(jī)械旋轉(zhuǎn)情況的制造精度因 素有關(guān)，也與安裝技術(shù)有關(guān)。 （3）輸出信號(hào)的穩(wěn)定性 編碼器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性是指在實(shí)際運(yùn)行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸 出信號(hào)穩(wěn)定性的主要因素是溫度對(duì)電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源 特性的變化。由于受到溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不能保持規(guī)定的輸出特性， 在設(shè)計(jì)和使用中都要給予充分考慮。 （4）響應(yīng)頻率 編碼器輸出的響應(yīng)頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的響應(yīng)速度。當(dāng)編碼器高速 旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號(hào)頻率將會(huì)很高。如果光電檢測器件和電 子線路元器件的工作速度與之不能相適應(yīng)，就有可能使輸出波形嚴(yán)重畸變，甚至產(chǎn)生丟失脈 沖的現(xiàn)象。這樣輸出信號(hào)就不能準(zhǔn)確反映軸的位置信息。所以，每一種編碼器在其分辨率一 定的情況下，它的zui高轉(zhuǎn)速也是一定的，即它的響應(yīng)頻率是受限制的。、39529839、39529830：單榮兵編碼器的zui大響應(yīng)頻 率、分辨率和zui高轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如公式（1-1）所示。 （5）信號(hào)輸出形式 在大多數(shù)情況下，直接從編碼器的光電檢測器件獲取的信號(hào)電平較低，波形也不規(guī)則，還不能適應(yīng)于控 制、信號(hào)處理和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊�求。所以，在編碼器內(nèi)還必須將此信號(hào)放大、 整形。經(jīng)過處理的輸出信號(hào)一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波輸出信號(hào)容易進(jìn)行數(shù)字 處理，所以這種輸出信號(hào)在定位控制中得到廣泛的應(yīng)用。采用正弦波輸出信號(hào)時(shí)基本消除了 定位停止時(shí)的振蕩現(xiàn)象，并且容易通過電子內(nèi)插方法，以較低的成本得到較高的分辨率。 增量式光電編碼器的信號(hào)輸出形式有：集電極開路輸出（Open Collector）、電壓輸出 （Voltage Output）、線驅(qū)動(dòng)輸出（Line Driver）、互補(bǔ)型輸出（Complemental Output）和推挽 式輸出（Totem Pole）。 集電極開路輸出這種輸出方式通過使用編碼器輸出側(cè)的 NPN 晶體管，將晶體管的發(fā) 射極引出端子連接至 0V，斷開集電極與+Vcc 的端子并把集電極作為輸出端。在編碼器供電 電壓和信號(hào)接受裝置的電壓不一致的情況下，建議使用這種類型的輸出電路。輸出電路如圖 1-3 所示。主要應(yīng)用域有電梯、紡織機(jī)械、注油機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、切割機(jī)械、印刷機(jī)械、 包裝機(jī)械和針織機(jī)械等。 圖 1-3 集電極開路輸出電路 電壓輸出 這種輸出方式通過使用編碼器輸出側(cè)的 NPN 晶體管，將晶體管的發(fā)射極引 出端子連接至 0V，集電子與+Vcc 和負(fù)載電阻相連，并作為輸出端。在編碼器供電電壓 和信號(hào)接受裝置的電壓一致的情況下，建議使用這種類型的輸出電路。輸出電路如圖 1-4 所 示。主要應(yīng)用域有電梯、紡織機(jī)械、注油機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、切割機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī) 械和針織機(jī)械等。 圖 1-4 電壓輸出電路 線驅(qū)動(dòng)輸出這種輸出方式將線驅(qū)動(dòng) IC 芯片（26LS31）用于編碼器輸出電路，由 于它具有高速響應(yīng)和良好的抗噪聲，使得線驅(qū)動(dòng)輸出適宜長距離傳輸。輸出電路如圖 1-5 所示。主要應(yīng)用域有伺服電機(jī)、機(jī)器人、數(shù)控加工機(jī)械等。 圖 1-5 線驅(qū)動(dòng)輸出電路 互補(bǔ)型輸出這種輸出方式由上下兩個(gè)分別為 PNP 型和 NPN 型的三極管組成，當(dāng)其中 一個(gè)三極管導(dǎo)通時(shí)，另外一個(gè)三極管則關(guān)斷。這種輸出形式具有高輸入阻抗和低輸出阻抗， 因此在低阻抗情況下它也可以提供大范圍的電源。由于輸入、輸出信號(hào)相位相同且頻率范圍 寬，因此它適合長距離傳輸。輸出電路如圖 1-6 所示。主要應(yīng)用于電梯域或域。 圖 1-6 互補(bǔ)型輸出電路 推挽式輸出這種輸出方式由上下兩個(gè) NPN 型的三極管組成，當(dāng)其中一個(gè)三極管導(dǎo)通 時(shí)，另外一個(gè)三極管則關(guān)斷。電流通過輸出側(cè)的兩個(gè)晶體管向兩個(gè)方向流入，并始終輸出電 流。因此它阻抗低，而且不太受噪聲和變形波的影響。輸出電路如圖 1-7 所示。主要應(yīng)用 域有電梯、紡織機(jī)械、注油機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、切割機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械和針織機(jī)械等。 圖 1-7 推挽式輸出電路、39529839、39529830：單榮兵