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(tǒng)的檢測元件.

旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。

增量型編碼器與絕對型編碼器的區(qū)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(zhuǎn)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(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)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(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)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(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，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(wěn)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(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)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(shù)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(guān)頻率有低有高。

如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。

A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。

A、B、Z三相聯(lián)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(shù)字系統(tǒng)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(guī)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(shù)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(zhuǎn)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(guān)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(jù)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(xiàn)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(qū)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(shù)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(qū)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(shù)N（要進行編碼的信息的個數(shù)）與輸出端子數(shù)n（所得編碼的位數(shù)）之間應滿足關(guān)系式N≤2n。

2.編碼器的每個輸入端都代表一個二進制數(shù)、十進制數(shù)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(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)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(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)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(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號。

根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)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(zhuǎn)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(shù)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(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)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(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應的電平信號，形成二進制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數(shù)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(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。

絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制（葛萊碼）方式進行光電轉(zhuǎn)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(jù)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(huán)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(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，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(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點。它廣泛應用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)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(wěn)定可靠的輸出脈沖信號，且該脈沖信號經(jīng)計數(shù)后可得到被測量的數(shù)字信號。因此，我們在研制汽車駕駛模擬器時，對方向盤旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動是雙向的，既可順時針旋轉(zhuǎn)，也可逆時針旋轉(zhuǎn)，需要對編碼器的輸出信號鑒相后才能計數(shù)。圖2給出了光電編碼器實際使用的鑒相與雙向計數(shù)電路，鑒相電路用1個D觸發(fā)器和2個與非門組成，計數(shù)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(zhuǎn)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(chǎn)生脈沖信號，利用脈沖數(shù)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(shù)字量數(shù)值。編碼器內(nèi)部有一個轉(zhuǎn)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(xù)的光束，這樣，就把光脈沖轉(zhuǎn)換成了電脈沖，然后由電子輸出線路進行處理并輸出。