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編碼器專欄

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增量式編碼器工作原理是什么？

文章來源：上海開地電子有限公司發(fā)布時間：2025/09/29 點擊數(shù)：

增量式編碼器工作原理是什么？增量式編碼器是一種通過輸出脈沖信號來反映旋轉(zhuǎn)位置變化的傳感器，廣泛應(yīng)用于鋼廠冶金、港口機械、電機測速、位置控制等領(lǐng)域。其工作原理可從機械結(jié)構(gòu)、信號產(chǎn)生、信號處理三個層面展開，具體如下：

一、核心機械結(jié)構(gòu)
增量式編碼器的核心是碼盤和檢測裝置：

1、碼盤：通常為圓形薄片（由玻璃或金屬制成），邊緣均勻分布著等間距的透光 / 反光狹縫（或?qū)щ?/ 絕緣區(qū)域），相鄰狹縫的角度差稱為 “分辨率”（如每轉(zhuǎn) 1024 線，即分辨率為 1024 PPR）。

2、檢測裝置：由光源（如發(fā)光二極管 LED）和光電接收器（如光敏三極管）組成，碼盤夾在兩者之間。當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時，狹縫會周期性遮擋光線，使接收器輸出脈沖信號。

二、信號產(chǎn)生原理
碼盤旋轉(zhuǎn)時，通過光電感應(yīng)產(chǎn)生脈沖信號，具體過程如下：
1、基頻脈沖（A 相和 B 相）：碼盤上通常有兩組獨立的狹縫（A 相和 B 相），彼此錯開 1/4 周期（90° 電角度）。
當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時，A 相和 B 相分別輸出相位差 90° 的方波脈沖（如 A 相超前 B 相 90° 時為正轉(zhuǎn)，B 相超前 A 相 90° 時為反轉(zhuǎn)）。
2、脈沖數(shù)量與旋轉(zhuǎn)角度成正比：角度 =（脈沖數(shù) / 總刻線數(shù)）× 360°。
3、零位脈沖（Z 相）：碼盤上額外有一個獨立狹縫，每旋轉(zhuǎn)一圈輸出一個脈沖（Z 相），用于確定絕對零位（如電機回原點校準(zhǔn)）。

三、信號處理與應(yīng)用
1、方向判斷：通過 A 相和 B 相的相位關(guān)系（如 A 相上升沿時 B 相為高 / 低電平）區(qū)分正轉(zhuǎn) / 反轉(zhuǎn)。
2、速度計算：單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)反映轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速 =（脈沖數(shù) / 時間）×（60 / 總刻線數(shù)）（單位：r/min）。
3、細(xì)分技術(shù)：通過電路對脈沖進(jìn)行細(xì)分（如 4 倍頻），提高分辨率（如 1024 線編碼器經(jīng) 4 倍頻后等效 4096 線）。

總結(jié)：增量式編碼器通過旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的脈沖信號（A、B、Z 相），實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角度、方向和速度的檢測，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、響應(yīng)快的特點，適用于數(shù)控機床、機器人、伺服電機，鋼廠冶金，港口機械等需要實時位置反饋的場景。但其缺點是斷電后無法保存位置信息，需配合零位脈沖校準(zhǔn)。