編碼器是電機控制中反饋位置/速度的傳感器，是實現電機閉環控制的關鍵?；驹硎菍⑽恢眯畔⑥D化為光、磁、電容等信號，再將這些信息號轉化為電信號。編碼器從信號類型可以分為：光電編碼器、磁編碼器、電容編碼器、電感編碼器等，其中光電編碼器和磁編碼器最為常用，下面主要介紹這兩種編碼器的原理。

一、光電編碼器

光電編碼器的原理是用明暗相間的光柵遮擋光源，在光柵另一邊的光電傳感器上產生高低電平，從而將位置信息轉化為電信號（圖1）。

圖1 光電編碼器結構

1.位置/角度。光柵盤上有n條縫隙，那么圓盤每轉動360°/n就會發出一個高電平信號，那么這個編碼器的精度就是360°/n。通過計數信號個數就可以知道轉了多少度，也就是位移信號。有了位置/位移信息，除以時間，就是速度信息。

2.方向。再加一組相位相差90°（電角度）的光柵就可以達到這個目的了（兩個光柵可以集成在一個圓盤上，如圖2）。不難發現，順時針旋轉時（圖3），A相信號的上升沿（低電平—高電平，或者說是暗—亮 ）總是對應B相的高電平狀態（亮）；反過來，逆時針旋轉時(圖4），A相信號的下降沿總是對應B相的高電平狀態（亮）。這樣就可以判斷旋轉方向了。

圖2 增量式光電編碼器碼盤的光柵結構

圖3 順時針旋轉時,A相信號的上升沿總是對應B相高電平

圖4 逆時針旋轉時,A相信號的下降沿總是對應B相高電平

基于以上原理我們就可以得到一個增量式的光電編碼器，為什么說是“增量式”的，因為我們發現如圖2所示的AB相光柵結構是均勻的，轉到任意位置，我們只能通過輸出的信號數知道它轉了多少角度，但沒法知道具體在哪個位置。假如這個編碼器在運轉過程中突然斷電，恢復之后，之前跑的信號丟失了，那么位置信息就丟失了，要繼續測量就必須回到“零點”重新跑。增量式編碼器適合測量速度，而測量位置則需依賴零點。

如果我們想不依賴零點就能確定位置信息怎么辦呢，那就需要用到絕對值式編碼器。原理也很簡單，假如我們讓整個圓周的每個細分區間的“圖形”（或者說編碼）都不同就可以了。如圖5所示的絕對值式碼盤，可以看到碼盤是同心圓結構，每個同心圓稱為一個碼道，然后將圓盤均分成N份，那么360°/N就是絕對值編碼器的精度。

這里的N一般是2^k，而k就是碼道的數量（其實就是二進制）。

例如，如圖5所示，3個碼道的碼盤最多可以均分為8份，精度就是45°。每一個扇形區隔中的3個碼道就是二進制數的3位（□□□），這個唯一的編碼就對應了這個扇形區間。

圖5 絕對值式光電編碼器碼盤

如果要提高精度，就要增加碼道的數量，精度為360°/（2k)。如果將碼道增加到8個，那么精度就能達到1.4°。當然等分數不一定要等于2k，只要小于這個數，確保每個區間都有唯一的編碼就行（比如，8位編碼可以將圓盤200等分，精度1.8°）

二、磁編碼器

磁編碼器根據兩種電磁效應，可以分為霍爾式和磁阻式。

霍爾式磁編碼器利用的是霍爾效應，在磁場中載流導體會在磁場和電流方向的垂直方向形成電壓。

圖6 霍爾效應原理（來自百度百科）

根據這個原理，只要在電機的旋轉軸上貼上徑向充磁的磁鐵，就能產生周期變化的磁場，附近的霍爾元件就能輸出變化的電壓信號，從而輸出位置信息。霍爾式磁編碼器結構和圖1所示的光電編碼器很接近，只不過光柵換成了磁鐵、光電傳感器換成了霍爾元件。同樣的，如果要測量旋轉的方向，也需要在相位差90°（電角度）的位置再放一個霍爾元件，原理和圖3、圖4描述的相同。

磁阻式磁編碼器利用的是磁阻效應，即某些材料的電阻在磁場中會產生規律性的變化（跟載流子在磁場中受到洛倫茲力影響有關）。根據這一特性也可以輸出周期性的電信號，然后通過統計電信號的數量來輸入位置信息，基本結構跟原理和霍爾式編碼器相似。

光電編碼器和磁編碼器是用的最多的編碼器類型，兩者各有優勢。光電編碼器的精度和分辨率高，相應速度快，但是對環境要求較高，對灰塵、油污和震動的耐受較低，一般用在高精度的機床設備中。磁編碼器能耐受臟污等比較惡劣的環境，成本也相對低，但是精度相比光電編碼器低一些，而且容易受到外部磁場的影響。

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