编码器原理与应用概述

在现代工业自动化和精密控制领域，编码器作为一种关键设备广泛应用于信息处理、数据通信以及测控技术中。其基本原理涉及信号转换与数据压缩的过程，旨在将物理量（如角度、位置、速度或线性位移）转换成对应的数字或电信号，以便后续系统进行精确的测量、监测、记录或控制。

编码器类型及工作原理

绝对式编码器

绝对式编码器根据转子的位置生成唯一的数字代码，每一个特定的位置都对应一个确定的编码值。当转子旋转时，内部光电或磁感应元件读取刻度盘上的码道信息，并实时输出代表当前位置的二进制或格雷码等数字信号。一旦位置改变，输出的编码也随之变化，无需参考初始位置即可直接读取当前绝对位置。

增量式编码器

增量式编码器在每次翻译一定角度时会发出一定数量的脉冲信号。通过计数这些脉冲并判断方向，可以了解运动物体相对于初始状态所做出的相对位移。它通常包含A和B两相通道，其之间存在90°电角差，通过正交解可以得出旋转方向和步数。如果需要获取绝对位置，则需要结合初始位移信息进行累加计算。

编碼機內部結構與工作過程

編碼機主要由以下幾個部分組成：

碼盤：這是編碼機的心臟部件，上面刻有周期性的排列形式，這些明暗條紋或者磁極隨著轉動會在傳感器下產生連續變化的光學或者磁學訊號。

傳感器：對於光電編碼，它包括了光源（如LED）和光敏元件（如光敏二極體或者CCD陣列），用於捕捉到來自碼盤上的明暗變化；而對於磁編碼則使用霍爾效應傳感器或者其他類似的磁敏覺元件來偵測到磁場變化。

電子電路：該部分負責接收並放大傳感到的微弱信號，並將其轉換為逻辑电平數據格式供後續處理。

接口電路：通過多種接口（例如SSI, RS485, CANopen, Profibus 或者 EtherCAT 等）將編碼資訊發送給控制系統供下游設備使用。

編碼技術應用實例

伺服馬達控制系統

在工業自動化領域中，由於伺服馬達反馈系統中的角色，所以絕對型與增量型皆被廣泛應用。在機械人關節驅動、CNC加工中心定位系統以及升降梯曳引機定位檢測等方面，都能夠提供準確且可靠的地點跟蹤能力以進行高精度運動調整。

機械人技術

在關節型機械人的設計中，每個關節可能配備一個絶対型碁碟以監視並管理關節旋轉角度變化，以確保執行預先規劃軌跡時能夠保持最高定位精確性。

升降梯自動控制系統

使用絶對型碁碟來追蹤升降梯車厢真實地點從而保護乘客安全並維持車厢運行至指定樓層。此外，它們還監控門開啟狀態及其運行限制線，以保障乘客安全并防止未經授權的人員進入禁區區域。

CNC數控加工中心

主轴與進給軸上安裝絶對型碁碟，用以追蹤刀具沿X-Y-Z三個方向移動距離，並監控其速度與加速性能，以優化加工效率同時避免過載損壞設備之風險。

物流輸送系統

自動化生產線中的輸送帶或滾筒常常配備絶對型碁碟以計算物品傳輸距離與速度，以及PLC(通用的計算机程序)或其他相關設備進行物料計數同步調整功能，以及異常情況下的快速響應功能提高效率減少成本誤操作風險，在無法正常作業時提供緊急停止措施保護人員安全.

風力發電主軸調整系统：

風力發電主軸角度調整以及轉子旋轉速度都需要通過ABS (Absolute Position Sensor) 精確測定，以優化能源生成效率並保護設備不受過載損害。