讀懂編碼器的工作原理及增量型編碼器

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在現場的工業控制中，經常要使用到編碼器。什麼是編碼器？它又是如何工作的呢？今天這篇文章我們就來聊聊編碼器的工作原理並詳細討論下增量型編碼器。

編碼器，英文名稱「encoder」，它是一種能把距離（直線位移）和角度（角位移）轉換成電信號並輸出的感測器。編碼器通常用於工業的運動控制中，用於測量並反饋被測物體的位置和狀態，如機床、機器人、電機反饋系統以及測量和控制設備等。

根據工作原理的不同，編碼器可分為光電編碼器（optical encoder）、磁性編碼器（magnetic encoder）、電感式編碼器（inductive encoder）和電容式編碼（

capacitive encoder）等等，使用最多的是光電編碼器。

光電編碼器（optical encoder）的組成包括：連接軸（Shaft），碼盤（Code disk），光源（Light Source），輸出電路（Output circuit）及外殼和連接法蘭等，如下圖：

連接軸與碼盤相連，並與被測物體相連，隨著被測物體（如電機）的轉動，碼盤也跟著轉動，通過碼盤的光會發生明暗相間的變化，接收端的光敏元件會檢測到這種變化，並轉化成電信號進行輸出。

根據碼盤結構的不同，編碼器又可以分為增量型編碼器和絕對編碼器，這篇文章我們主要討論增量型編碼器。

增量型編碼器，英文名稱「Incremental encoder」，它的碼盤被分成大小相等的明暗相間的光柵，隨著碼盤的轉動，接收端會檢測到光的0和1的變化，並轉換成電信號脈衝向外輸出。通過對脈衝的計數，就能確定位移的大小，如下圖：

為了區分正反轉及檢測零點，實際使用的碼盤比上圖要複雜些，通常包括三個部分：A相，B相和Z相，A相與B相相差1/4周期（相位差90度），可以用來區分正轉還是反轉；Z相為單圈脈衝，碼盤轉一圈產生一次，可以用作編碼器的參考零位，如下圖：

增量型編碼器的輸出波形如下圖：

由於採用脈衝計數的方式，增量型編碼器在測量前必須先尋找參考零位，因此它的測量結果是相對的。另外增量型編碼器的數據斷電後會丟失。

為了克服增量型編碼器的缺點，絕對編碼器便應運而生了，我們將在下一篇文章介紹絕對編碼器的相關知識。

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