增量式编码器工作原理超详细图解

增量式编码器由光栅盘和光电检测装置组成,常用于速度或运动数据的测量。工作时,通过比较A、B两路信号的相位差判断旋转方向和位移。编码器分为增量式和绝对式,增量式需通过脉冲计数确定位置,适用于简单应用;绝对式能直接输出绝对位置信号,适合高速精准应用。输出信号形式多样,包括正弦波、方波等,信号传输距离可达数百米。

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旋转编码器是由光栅盘(又叫分度码盘)和光电检测装置(又叫接收器)组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光栅盘与电机同轴,电机旋转时,光栅盘与电机同速旋转,发光二极管垂直照射光栅盘,把光栅盘图像投射到由光敏元件构成的光电检测装置(接收器)上,光栅盘转动所产生的光变化经转换后以相应的脉冲信号的变化输出。
  增量式编码器工作原理超详细图解
  编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料等。玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高。金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性也比玻璃的差一个数量级。塑料码盘成本低廉,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
  编码器以信号原理来分,有增量式编码器(SPC)和绝对式编码器(APC),顾名思义,绝对式编码器可以记录编码器在一个绝对坐标系上的位置,而增量式编码器可以输出编码器从预定义的起始位置发生的增量变化。增量式编码器需要使用额外的电子设备(通常是PLC、计数器或变频器)以进行脉冲计数,并将脉冲数据转换为速度或运动数据,而绝对式编码器可产生能够识别绝对位置的数字信号。综上所述,增量式编码器通常更适用于低性能的简单应用,而绝对式编码器则是更为复杂的关键

### 关于增量式编码器接口电路设计 #### 接口电路概述 增量式编码器的接口电路主要用于处理来自编码器的脉冲信号,并将其转换成适合控制系统使用的电信号。常见的输出电路形式包括集电极开路输出、推挽输出和差分输出[^2]。 #### 设计考虑因素 在设计增量式编码器的接口电路时,需重点考虑以下几个方面: - **电源电压**:确保所选用的操作电压与编码器兼容。 - **负载电阻**:根据具体的应用需求调整外部连接的负载电阻大小。 - **噪声抑制措施**:采取必要的抗干扰手段来提高系统的可靠性。 - **保护机制**:加入过流、短路等安全特性防止意外损坏设备。 #### 实际案例分析 下面给出一个基于NPN类型的增量式编码器的实际接线例子说明如何构建简单的接口电路。 假设有一个标准的A/B相双通道NPN型增量式编码器,其电气特性如下表所示: | 参数 | 描述 | |------------|--------------------| | 输出类型 | NPN | | 工作电压 | DC 5V ~ 24V | | 静态电流 | ≤10mA | ##### 硬件连接图解 ```plaintext +-------------------+ | | | Incremental | | Encoder | | | | A Phase (OUT-A) --+---> To PLC/Controller Input Channel A | B Phase (OUT-B) --+---> To PLC/Controller Input Channel B | Common (-) -------+---- GND | Vcc (+) ----------+---- Power Supply Positive Terminal +-------------------+ Note: Connect OUT-A and OUT-B to the corresponding input channels on your control system. Ensure that both signals share a common ground with the power supply. ``` 在此基础上可以进一步扩展到更复杂的配置比如增加光电隔离模块以增强稳定性;或者利用专用芯片实现更多功能如倍频处理等操作。 #### Python模拟代码片段展示逻辑判断过程 这里提供一段Python伪代码用来表示对接收到的AB相信号进行简单的位置计算方法: ```python class QuadratureDecoder: def __init__(self): self.position = 0 def update(self, channel_a_state, channel_b_state): if channel_a_state != channel_b_state: # Moving forward direction self.position += 1 elif channel_a_state == True and channel_b_state == False or \ channel_a_state == False and channel_b_state == True: # Moving backward direction self.position -= 1 # Example usage of quadrature decoder class decoder = QuadratureDecoder() channel_A_input = read_channel('Channel A') # Function reads state from hardware pin connected to encoder's A phase output channel_B_input = read_channel('Channel B') # Similar function but for B phase instead decoder.update(channel_A_input, channel_B_input) print(f"Current position is {decoder.position}") ```
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