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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