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　　1 編碼器基礎

　　1.1光電編碼器

　　編碼器是傳感器的一種，主要用來檢測機械運動的速度、位置、角度、距離和計數等，許多馬達控制均需配備編碼器以供馬達控制器作為換相、速度及位置的檢出等，應用范圍相當廣泛。按照不同的分類方法，編碼器可以分為以下幾種類型：

　　? 根據檢測原理，可分為光學式、磁電式、感應式和電容式。

　　? 根據輸出信號形式，可以分為模擬量編碼器、數字量編碼器。

　　? 根據編碼器方式，分為增量式編碼器、絕對式編碼器和混合式編碼器。

　　光電編碼器是集光、機、電技術于一體的數字化傳感器，主要利用光柵衍射的原理來實現位移——數字變換，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。典型的光電編碼器由碼盤、檢測光柵、光電轉換電路(包括光源、光敏器件、信號轉換電路)、機械部件等組成。光電編碼器具有結構簡單、精度高、壽命長等優點，廣泛應用于精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面。

　　這里我們主要介紹SIMATIC S7系列高速計數產品普遍支持的增量式編碼器和絕對式編碼器。

　　1.2增量式編碼器

　　增量式編碼器提供了一種對連續位移量離散化、增量化以及位移變化(速度)的傳感方法。增量式編碼器的特點是每產生一個輸出脈沖信號就對應于一個增量位移，它能夠產生與位移增量等值的脈沖信號。增量式編碼器測量的是相對于某個基準點的相對位置增量，而不能夠直接檢測出絕對位置信息。

　　如圖1-1 所示，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。在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°。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°的近似于正弦波的電信號，電信號經過轉換電路的信號處理，就可以得到被測軸的轉角或速度信息。

　　圖1-1 增量式編碼器原理圖

　　一般來說，增量式光電編碼器輸出 A、B 兩相相位差為 90°的脈沖信號(即所謂的兩相正交輸出信號)，根據 A、B 兩相的先后位置關系，可以方便地判斷出編碼器的旋轉方向。另外，碼盤一般還提供用作參考零位的 N 相標志(指示)脈沖信號，碼盤每旋轉一周，會發出一個零位標志信號。

　　圖1-2 增量式編碼器輸出信號

　　1.3絕對式編碼器

　　絕對式編碼器的原理及組成部件與增量式編碼器基本相同，與增量式編碼器不同的是，絕對式編碼器用不同的數碼來指示每個不同的增量位置，它是一種直接輸出數字量的傳感器。

　　圖1-3絕對式編碼器原理圖

　　如圖1-3所示，絕對式編碼器的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條碼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。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。

　　根據編碼方式的不同，絕對式編碼器的兩種類型碼盤(二進制碼盤和格雷碼碼盤)，如圖1-4 所示。

　　圖1-4 絕對式編碼器碼盤

　　絕對式編碼器的特點是不需要計數器，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，即直接讀出角度坐標的絕對值。另外，相對于增量式編碼器，絕對式編碼器不存在累積誤差，并且當電源切除后位置信息也不會丟失。