旋转编码器工作原理及分类介绍


发布时间:

2025-07-08

旋转编码器(rotary encoder)也称为轴编码器,是一种将旋转的机械位移量转换为电气信号,并通过对该信号进行处理来检测位置、速度等参数的传感器,以下为你展开介绍:工作原理旋转编码器一般装设在旋转物体中垂直旋转轴的一面,其核心部件包括码盘和检测装置。以光电式旋转编码器为例,它由发光元件、光敏元件及码盘组成,码盘是一个刻有规则的透光和不透光线条的圆盘。当安装在电机转轴上的码盘旋转时,发光元件发出的光经过码盘,产生透光和不透光的光脉冲,光敏元件检测到这些光脉冲后,将其转换成数字信号输出。通过检测这些信号的相位关系、脉冲数量等,就可以获取旋转物体的位置、方向和速度等信息。分类1. 按输出信号类型分类 1. 增量式编码器:利用检测脉冲的方式来计算转速及位置,可输出有关旋转轴运动的信息。它输出一般是A、B、Z三相信号,A和B的输出相差1/4个周期,通过比较A相在前

旋转编码器(rotary encoder)也称为轴编码器,是一种将旋转的机械位移量转换为电气信号,并通过对该信号进行处理来检测位置、速度等参数的传感器,以下为你展开介绍:

工作原理

旋转编码器一般装设在旋转物体中垂直旋转轴的一面,其核心部件包括码盘和检测装置。以光电式旋转编码器为例,它由发光元件、光敏元件及码盘组成,码盘是一个刻有规则的透光和不透光线条的圆盘。当安装在电机转轴上的码盘旋转时,发光元件发出的光经过码盘,产生透光和不透光的光脉冲,光敏元件检测到这些光脉冲后,将其转换成数字信号输出。通过检测这些信号的相位关系、脉冲数量等,就可以获取旋转物体的位置、方向和速度等信息。

分类

1. 按输出信号类型分类 

1. 增量式编码器:利用检测脉冲的方式来计算转速及位置,可输出有关旋转轴运动的信息。它输出一般是ABZ三相信号,AB的输出相差1/4个周期,通过比较A相在前还是B相在前,可以判别编码器的正转与反转;Z相是每圈仅提供一个位置脉冲,可用于基准点定位。

2. 绝对式编码器:会输出旋转轴的位置,可视为一种角度传感器。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道,每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成,相邻码道的扇区数目是双倍关系,码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数。当码盘处于不同位置时,各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号,形成二进制数,在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。

2. 按工作原理分类 

1. 光电编码器:将旋转位置信息转化为光脉冲信号以进行检测,具有高分辨率、高精度、高速度等优点,但过于依赖视线,极易受到灰尘、污垢和油污的影响。

2. 磁性编码器:利用磁场而非光束进行工作,使用磁性码盘替代带槽光电码盘,磁性码盘上带有间隔排列的磁极,并在一列霍尔效应传感器或磁阻传感器上旋转。它更耐用、抗振和抗冲击,不受灰尘、污垢、液体和油渍等污染物的影响,但容易受到电机产生的电磁干扰,且温度变化会使其产生位置漂移,分辨率和精度相对较低。

3. 电容式编码器:不会磨损,不受工业环境中常见的灰尘、污垢和油脂等污染物质的影响,具有数字控制特征带来的性能优势,包括调节编码器分辨率的能力(脉冲/转数),不需要更换为分辨率更高或更低的编码器。

4. 电感式编码器:利用电感的变化来检测目标物体的位置、形态和运动状态。

5. 时栅编码器:以电容阵列为传感单元,以交变电场为信号载体,采用独特解码方式,规避电容式编码器缺点,在制造工艺上采用印制电路板加工工艺,实现体积小重量轻的要求,其分辨率和精度不受空间体积的限制和制造精度的制约。

优势

1. 高精度:能够提供较高的测量精度,满足各种精密控制和测量的需求,如机器人的关节控制、数控机床的位置控制等。

2. 信息化:除了定位,控制室还可知道其位置。

3. 柔性化:定位可以在控制室柔性调整。

4. 安装便捷:现场安装方便且安全,避免了诸多接近开关、光电开关在现场机械安装的麻烦,以及容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。

5. 寿命长:由于是光电码盘等非机械接触式结构,无机械损耗,只要安装位置准确,其使用寿命往往很长。

6. 多功能化:除了定位,还可以远传当前位置,换算运动速度,对于变频器、步进电机等的应用尤为重要。

7. 经济化:对于多个控制工位,只需一个旋转编码器的成本,安装、维护、损耗成本降低,使用寿命增长。

应用领域

1. 工业自动化:在工业制造中,用于精确测量工作台、刀具等的位置和运动速度,实现高精度的加工控制;在工厂的自动化生产线中,需要精确的速度和方向信息保证电机正常运行。

2. 机器人技术:机器人的每个关节都需要精确的控制,以保证整个机器人的协调运动或行走,所以每个关节都需要一个编码器进行协调控制。

3. 电梯领域:电梯的速度调节和轿厢的位置控制都需要很精准的信号,编码器可以在电梯控制上提供可靠精准的位置信号和速度信号,完成电梯的正常运转。

4. 电机控制:矢量电机和伺服电机可以在很宽的范围内进行速度、转矩以及位置控制,这都要依赖电机输出轴上的编码器。

5. 工程机械:大型工程机械对可靠的速度和位置检测的需求越来越高,尤其在重型车辆行业,编码器广泛用于电子转向助力系统、车辆速度检测器以及混合动力汽车。

6. 医疗设备:在医疗影像设备如CT扫描仪、磁共振成像设备中,用于精确控制扫描床的位置和旋转角度;在康复治疗设备中,监测人体关节的运动角度和速度,为康复治疗提供数据支持。

7. 航空航天:用于飞机的飞行控制系统、发动机控制系统以及航空仪表等,确保飞机的飞行安全和性能。

8. 石油天然气行业:是高危行业,需要较高可靠性、较好密封性的高标准编码器,主要用于钻台电机、转台和污泥泵的测速,如加油机上的编码器用于测流量、计量加油量。

9. 道路检测:应用在道路检测车上,在车轮转速的检测方面,凭借卓越的检测精准度成为了道路检测和保养的利器。



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