一、旋转编码器的原理和特点：
旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器.当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时,经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线,并被接收元件接收产生初始信号.该信号经后继电路处理后,输出脉冲或代码信号.其特点是体积小,重量轻,品种多,功能全,频响高,分辨能力高,力矩小,耗能低,性能稳定,可靠使用寿命长等特点.
1、增量式编码器
增量式编码器轴旋转时,有相应的相位输出.其旋转方向的判别和脉冲数量的增减,需借助后部的判向电路和计数器来实现.其计数起点可任意设定,并可实现多圈的无限累加和测量.还可以把每转发出一个脉冲的Z信号,作为参考机械零位.当脉冲已固定,而需要提高分辨率时,可利用带90度相位差A,B的两路信号,对原脉冲数进行倍频.
2、绝对值编码器
绝对值编码器轴旋转器时,有与位置一一对应的代码（二进制,BCD码等）输出,从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置,而无需判向电路.它有一个绝对零位代码,当停电或关机后再开机重新测量时,仍可准确地读出停电或关机位置地代码,并准确地找到零位代码.一般情况下绝对值编码器的测量范围为0～360度,但特殊型号也可实现多圈测量.
3、正弦波编码器
正弦波编码器也属于增量式编码器,主要的区别在于输出信号是正弦波模拟量信号,而不是数字量信号.它的出现主要是为了满足电气领域的需要－用作电动机的反馈检测元件.在与其它系统相比的基础上,人们需要提高动态特性时可以采用这种编码器.
为了保证良好的电机控制性能,编码器的反馈信号必须能够提供大量的脉冲,尤其是在转速很低的时候,采用传统的增量式编码器产生大量的脉冲,从许多方面来看都有问题,当电机高速旋转（6000rpm）时,传输和处理数字信号是困难的.在这种情况下,处理给伺服电机的信号所需带宽（例如编码器每转脉冲为10000）将很容易地超过MHz门限；而另一方面采用模拟信号大大减少了上述麻烦,并有能力模拟编码器的大量脉冲.这要感谢正弦和余弦信号的内插法,它为旋转角度提供了计算方法.这种方法可以获得基本正弦的高倍增加,例如可从每转1024个正弦波编码器中,获得每转超过1000,000个脉冲.接受此信号所需的带宽只要稍许大于100KHz即已足够.内插倍频需由二次系统完成.
二、输出信号
1、信号序列
一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列相位差为90度）外,每转一圈还输出一个零位脉冲Z.
当主轴以顺时针方向旋转时,按下图输出脉冲,A通道信号位于B通道之前；当主轴逆时针旋转时,A通道信号则位于B通道之后.从而由此判断主轴是正转还是反转.
正弦输出编码器输出的差分信号如下图所示：
2、零位信号
编码器每旋转一周发一个脉冲,称之为零位脉冲或标识脉冲,零位脉冲用于决定零位置或标识位置.要准确测量零位脉冲,不论旋转方向,零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出.由于通道之间的相位差的存在,零位脉冲仅为脉冲长度的一半.
3、预警信号
有的编码器还有报警信号输出,可以对电源故障,发光二极管故障进行报警,以便用户及时更换编码器.
三、输出电路
1、NPN电压输出和NPN集电极开路输出线路
此线路仅有一个NPN型晶体管和一个上拉电阻组成,因此当晶体管处于静态时,输出电压是电源电压,它在电路上类似于TTL逻辑,因而可以与之兼容.在有输出时,晶体管饱和,输出转为0VDC的低电平,反之由零跳向正电压.
随着电缆长度、传递的脉冲频率、及负载的增加,这种线路形式所受的影响随之增加.因此要达到理想的使用效果,应该对这些影响加以考虑.集电极开路的线路取消了上拉电阻.这种方式晶体管的集电极与编码器电源的反馈线是互不相干的,因而可以获得与编码器电压不同 的电流输出信号.
2、PNP和PNP集电极开路线路
该线路与NPN线路是相同,主要的差别是晶体管,它是PNP型,其发射极强制接到正电压,如果有电阻的话,电阻是下拉型的,连接到输出与零伏之间.
3、推挽式线路
这种线路用于提高线路的性能,使之高于前述各种线路.事实上,NPN电压输出线路的主要局限性是因为它们使用了电阻,在晶体管关闭时表现出比晶体管高得多的阻抗,为克服些这缺点,在推挽式线路中额外接入了另一个晶体管,这样无论是正方向还是零方向变换,输出都是低阻抗.推挽式线路提高了频率与特性,有利于更长的线路数据传输,即使是高速率时也是如此.信号饱和的电平仍然保持较低,但与上述的逻辑相比,有时较高.任何情况下推挽式线路也都可应用于NPN或PNP线路的接收器.
4、长线驱动器线路
当运行环境需要随电气干扰或编码器与接收系统之间存在很长
的距离时,可采用长线驱动器线路.数据的发送和接收在两个互补
的通道中进行,所以干扰受到抑制（干扰是由电缆或相邻设备引起的）.这种干扰可看成“共模干扰”.此外,总线驱动器的发送和接收都是以差动方式进行的,或者说互补的发送通道上是电压的差.因此对共模干扰它不是第三者,这种传送方式在采用DC5V系统时可认为与RS422兼容；在特殊芯片时,电源可达DC24V,可以在恶劣的条件（电缆长,干扰强烈等）下使用.
5、差动线路
差动线路用在具有正弦长线驱动器的模拟编码器中,这时,要求信号的传送不受干扰.像长线驱动器线路那样,对于数字信号产生两个相位相差180度的信号.这种线路特意设置了120欧姆的特有线路阻抗,它与接收器的输入电阻相平衡,而接收器必须有相等的负载阻抗.通常,在互补信号之间并联连,120欧姆的终端电阻就达到了这种目的.
四、常用术语
■输出脉冲数/转
旋转编码器转一圈所输出的脉冲数发,对于光学式旋转编码器,通常与旋转编码器内部的光栅的槽数相同（也可在电路上使输出脉冲数增加到槽数的2倍4倍）.
■分辨率
分辨率表示旋转编码器的主轴旋转一周,读出位置数据的最大等分数.绝对值型不以脉冲形式输出,而以代码形式表示当前主轴位置（角度）.与增量型不同,相当于增量型的“输出脉冲/转” .
■光栅
光学式旋转编码器,其光栅有金属和玻璃两种.如是金属制的,开有通光孔槽；如是玻璃制的,是在玻璃表面涂了一层遮光膜,在此上面没有透明线条（槽）.槽数少的场合,可在金属圆盘上用冲床加工或腐蚀法开槽.在耐冲击型编码器上使用了金属的光栅,它与金属制的光栅相比不耐冲击,因此在使用上请注意,不要将冲击直接施加于编码器上.
■最大响应频率
是在1秒内能响应的最大脉冲数
（例：最大响应频率为2KHz,即1秒内可响应2000个脉冲）
公式如下
最大响应转速（rpm）/60×（脉冲数/转）=输出频率Hz
■最大响应转速
是可响应的最高转速,在此转速下发生的脉冲可响应公式如下：
最大响应频率（Hz）/ （脉冲数/转）×60=轴的转速rpm
■输出波形
输出脉冲（信号）的波形.
■输出信号相位差
二相输出时,二个输出脉冲波形的相对的的时间差.
■输出电压
指输出脉冲的电压.输出电压会因输出电流的变化而有所变化.各系列的输出电压请参照输出电流特性图
■起动转矩
使处于静止状态的编码器轴旋转必要的力矩.一般情况下运转中的力矩要比起动力矩小.
■轴允许负荷
表示可加在轴上的最大负荷,有径向和轴向负荷两种.径向负荷对于轴来说,是垂直方向的,受力与偏心偏角等有关；轴向负荷对轴来说,是水平方向的,受力与推拉轴的力有关.这两个力的大小影响轴的机械寿命
■轴惯性力矩
该值表示旋转轴的惯量和对转速变化的阻力
■转速
该速度指示编码器的机械载荷限制.如果超出该限制,将对轴承使用寿命产生负面影响,另外信号也可能中断.
■格雷码
格雷码是高级数据,因为是单元距离和循环码,所以很安全.每步只有一位变化.数据处理时,格雷码须转化成二进制码.
■工作电流
指通道允许的负载电流.
■工作温度
参数表中提到的数据和公差,在此温度范围内是保证的.如果稍高或稍低,编码器不会损坏.当恢复工作温度又能达到技术规范
■工作电压
编码器的供电电压