在城市中，電梯是一種十分常見、并且與人們日常生活密不可分的傳送設備。不過，絕大多數人在乘坐電梯時，可能很少考慮到它在面對很多人同時需求時，如何準確地把不同樓層的人分送到各自所要求的目的地的。

這背后，旋轉編碼器就發揮了重要的作用：在電梯運行過程中，通過旋轉編碼器檢測、軟件實時計算以下信號——電梯所在層樓位置、換速點位置、平層點位置，從而進行樓層計數、發出換速信號和平層信號。

旋轉編碼器的概念

相信很多人對“編碼器”這個詞還比較陌生，那么它到底面目如何？是怎樣在幕后默默無聞地為我們的生活和生產發揮著巨大的作的呢？

編碼器是一種用于運動控制的傳感器。它利用光電、電磁、電容或電感等感應原理，檢測物體的機械位置及其變化，并將此信息轉換為電信號后輸出，作為運動控制的反饋，傳遞給各種運動控制裝置。

旋轉編碼器屬于編碼器中較為特殊的一種，它通過光電轉換，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉換成相應的電脈沖以數字量輸出，用來測量轉速并配合PWM技術可以實現快速調速，是工業中常用的電機定位設備，可以精確的測試電機的角位移和旋轉位置。

旋轉編碼器的優點

1、信息化：除了定位，控制室還可知道其具體位置。

2、柔性化：定位可以在控制室柔性調整。

3、現場安裝的方便和安全。

4、長壽：拳頭大小的一個旋轉編碼器，可以測量從幾個μ到幾十幾百米的距離，n個工位，只要解決一個旋轉編碼器的安全安裝問題，可以避免諸多接近開關、光電開關在現場機械安裝麻煩，容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤，無機械損耗，只要安裝位置準確，其使用壽命往往很長。

5、多功能化：除了定位，還可以遠傳當前位置，換算運動速度，對于變頻器，步進電機等的應用尤為重要。

6、經濟化：對于多個控制工位，只需一個旋轉編碼器的成本，以及更主要的安裝、維護、損耗成本降低，使用壽命增長，其經濟化逐漸突顯出來。

綜上所述優點，旋轉編碼器在電梯、機床、電機配套等領域占有非常重要的地位，并越來越廣泛地被應用于各種工控場合。

旋轉編碼器的種類

根據檢測原理，旋轉編碼器一般可分為光電式、磁式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

光式電編碼器

光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器，是目前應用最多的傳感器。一般的光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置組成。

光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔，由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉．經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。

通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差90°的2個通道的光碼輸出，根據雙通道光碼的狀態變化確定電機的轉向。

光電編碼器一般檢測精度相對較高，但在戶外及惡劣環境下使用時需要較高的防護要求，并且不適宜在凝露的環境中使用。

磁式編碼器

磁性編碼器主要部分由磁阻傳感器、磁鼓、信號處理電路組成。將磁鼓刻錄成等間距的小磁極，磁極被磁化后，旋轉時產生周期分布的空間漏磁場。

磁傳感器探頭通過磁電阻效應將變化著的磁場信號轉化為電阻阻值的變化，在外加電勢的作用下，變化的電阻值轉化成電壓的變化，經過后續信號處理電路的處理，模擬的電壓信號轉化成計算機可以識別的數字信號，實現磁旋轉編碼器的編碼功能。

磁鼓充磁的目的是使磁鼓上的一個個小磁極被磁化，這樣在磁鼓隨著電動機旋轉時，磁鼓能產生周期變化的空間漏磁，作用于磁電阻之上。實現編碼功能。

同光學檢測原理相比，磁電式檢測原理具有抗振動、抗污染等特點，可應用于傳統的光電編碼器不能適應的領域。

電容式編碼器

電容式編碼器，其原理與成熟、低成本而且精密的數字游標卡尺相同。電容編碼器采用桿狀或線狀形式，一個位于固定元件上，另一個位于活動元件上，構成配置為發射器/接收器對的可變電容。

一體式ASIC對這些線的變化進行計數，并利用內插法尋找軸的位置和轉動方向，建立標準的正交輸出，以及其它編碼器提供的換向輸出，用于控制無刷直流電機。

電容式編碼器的優點是不會磨損，不受工業環境中常見的灰塵、污垢和油脂等污染物質的影響，使其本質上比光學編碼器更可靠。電容式編碼器還具有其數字控制特征帶來的性能優勢，包括調節編碼器分辨率的能力 (脈沖/轉數)，不需要更換為分辨率更高或更低的編碼器。

增量式編碼器

增量式旋轉編碼器通過內部兩個光敏接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關系，得到其角度碼盤角度位移量的增加（正方向）或減少（負方向）。在接合數字電路特別是單片機后，增量式旋轉編碼器在角度測量和角速度測量較絕對式旋轉編碼器更具有廉價和簡易的優勢。

增量式編碼器的內部結構和工作原理

增量式編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉換電路組成，如圖所示：

碼盤上刻有節距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期；檢測光柵上刻有A、B 兩組與碼盤相對應的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。

它們的節距和碼盤上的節距相等，并且兩組透光縫隙錯開1/4 節距，使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90°電度角。當碼盤隨著被測轉軸轉動時，檢測光柵不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透過縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差90°電度角的近似于正弦波的電信號。

增量式編碼器利用光電轉換原理將電信號經過轉換電路的信號處理后，輸出三組方波脈沖A、B和 Z相。A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉方向。編碼器軸轉一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數由編碼器光柵的線數決定。需要提高分辯率時，可利用90度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辯率編碼器。

Z相為每轉一個脈沖，用于基準點定位。它的優點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉動的絕對位置信息。

A、B兩點對應兩個光敏接受管，A、B兩點間距為 S2,角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序。

我們把當前的A、B輸出值保存起來，與下一個A、B輸出值做比較，就可以輕易的得出角度碼盤的運動方向。如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，除以所消耗的時間，就得到此次角度碼盤運動位移角速度。

S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。我們常用的鼠標也是這個原理。

絕對式編碼器

絕對式編碼器工作原理

絕對編碼器是直接輸出數字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。

這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。

絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線……編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。

旋轉單圈絕對式編碼器，以轉動中測量光碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量，稱為單圈絕對式編碼器。

如果要測量旋轉超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。

絕對式編碼器特點

絕對式編碼器是利用自然二進制或循環二進制方式進行光電轉換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設計可采用二進制碼、循環碼、二進制補碼等。

它的主要特點是：

1、可以直接讀出角度坐標的絕對值；

2、沒有累積誤差；

3、電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數來決定的，也就是說精度取決于位數。

混合式絕對值編碼器

混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。

旋轉編碼器在國民經濟中的作用

旋轉編碼器的主要功能就是用于監測傳動系統中的旋轉或轉動部件，旋轉編碼器包括傳感器在設計時充分考慮了安全要素。該產品的設計為我們的工作帶來了很大的效率，旋轉編碼器的使用為用戶在工作中提高了加工效率。

旋轉編碼器主要應用于電梯、機床、電機配套、紡織、重載機械、醫療機械等OEM行業，其中電梯、機床和電機配套等屬于重點應用領域。

旋轉編碼器它將帶領編碼器產品生產行業走向市場領先地位。旋轉編碼器的出現對于編碼器生產行業來說是一個劃時代的巨變，讓我國的編碼器產品種類越來越多，給我們的生活也帶來了很多改變。隨著現代科技的不斷革新，應用于旋轉編碼器的高新技術越來越多不斷推動著編碼器向更高的層次發展，讓旋轉編碼器在市場中發揮的作用越來越明顯。

審核編輯：劉清