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編碼器和旋轉變壓器：選擇合適的反饋類型
閱讀：1430 發布時間：2015-7-15亨士樂編碼器變壓器白皮書詳細的介紹了編碼器和旋轉變壓器，并對其原理進行剖析，幫助讀者理解什么樣的運動控制反饋裝置適合他們的應用。
當前市面上的旋轉定位和速度反饋裝置的種類日益增加。選型已不再是使用編碼器還是旋轉變壓器的問題了。大量的問題令人疑惑不解。首先就是“該用式還是增量式？"、“該用磁感應式還是光電感應式？"。其次，市場上還有廠商提供電容式和電感式原理的編碼器，我也應該考慮么？我需要商用、工業用、重載、極重載還是超重載型？回答完所有這些問題是否就萬事大吉了呢？那你就錯了。
選擇旋轉變壓器時你還要知道尺寸、速度、電氣接口。而選擇編碼器時，你還要知道分辨率、安裝、輸出和連接方式。我們帶來了好消息。我們將考察每一種編碼器的反饋類型直至其核心技術，以及它們是如何用于你的應用的。不過，你的應用才是出發點，而更了解它的人莫過于你自己，所以所選產品的好壞zui終還是取決于你自己。我們也會在表中突出一些關鍵技術參數，從而你就可以根據你的應用、交叉參考不同的反饋設備類型。下面開始吧！
增量編碼器依賴于外部電路根據編碼器產生的計數計算位置。增量編碼器的輸出形式可以為單方波(A)、正交方波（A和B，可判斷旋轉方向）、或帶索引或每圈一個脈沖的正交方波（A、B和Z）。采用正交方波判斷旋轉方向的方法常被稱為“正交法"。
增量信號的發生機構常常被視為編碼器的引擎。編碼器有兩種zui主要的引擎：光電式和磁式。為得到良好的輸出兼容性，兩種引擎都需要進行類似的傳感器對準。
在光電編碼器中，光由LED產生并由一個芯片級傳感器進行檢測。兩者之間為一個碼盤，通常由玻璃、金屬或塑料制成。在增量編碼器中，在碼盤的圓周上蝕刻、鍍覆或沖壓（如果是金屬）有精密的柵格。磁性編碼器包括一個磁柵鼓或磁柵盤、一個磁阻傳感器和一個調節電路板。磁柵盤或磁柵鼓已被磁化且具有許多極。磁柵盤或磁柵鼓轉動時，傳感器將磁場的正弦變化轉化為電信號。該電信號進而通過調節電路的乘除或插補處理產生合適的方波輸出。
增量編碼器一直著速度反饋領域的潮流，目前還沒有衰落的跡象。自2009年起，增量編碼器是所有旋轉反饋裝置中zui廣泛使用的類型。憑借簡單的硬件電路和軟件設計，能夠接收增量式編碼器輸入的設備隨處可見。你會發現驅動器、面板式儀表、計時器和PC卡都具有增量編碼器接口。光電編碼器常見于辦公室環境應用（如復印機）和工業應用（如自動引導車
(AGV)）。磁性編碼器常用于惡劣環境中，如高架起重機、工程車輛和造紙廠等，而在這些應用下光電編碼器的性能可能會大幅降低。
值編碼器通過一定的方法能得到相應設備旋轉的確切角度。值編碼器使用一種*的二進制圖案，這種圖案在旋轉時不會重復，因此可向編碼器指示屬性。裝置即使斷電，改變旋轉位置仍會反映其輸出。如果編碼器還帶有可追蹤旋轉圈數的齒輪組，它就變成了一個多圈編碼器。
在光電式編碼器中，磁柵盤在LED和傳感器之間轉動，按照磁柵盤的圖案，光要么能夠透過磁柵盤進而被傳感器接收，要么被磁柵盤擋住。zui終，通過這種方式編碼器能夠在數字信號的每一位產生“開或關"。在保證制造精度和理想的應用環境下，光電編碼器具有所有反饋方式中分辨率和精度都是zui高的。Dynapar光電式編碼器每圈計數點大于4百萬，具有36弧秒的精度。
位置的傳輸可通過多種方式。zui初的式反饋裝置使用并行數據傳輸位置信號。在并行數據中，每一個二進制數字由獨立的導線傳輸，然后由控制器進行解讀。后來出現了串行編碼器，其位置與時鐘脈沖同步傳輸。SSI（同步串行接口）是一種zui常見的串行編碼器協議。BiSS編碼器可對時鐘脈沖進行控制從而進行雙向通信。
總線型編碼器也已問世。通過總線，多個編碼器可以通過單根傳輸電纜進行直連或分接。DeviceNet?、Profibus?和Interbus
?是zui流行的總線協議。在磁性式編碼器中，信息可通過在傳感器網格上方轉動磁體得到，見圖1。這種傳感器通
常為霍爾效應芯片或磁阻感應電路。
式或增量式編碼器對使用環境的要求大同小異。不過值編碼器在世界范圍內正越來越多地被采用，因為隨著設計越來越復雜，機器往往需要進行多軸同步并更加安全地運行。增量編碼器須依賴額外的設備（如限位開關）才能在功能上實現的位置反饋。
旋轉變壓器
與編碼器類似，旋轉變壓器也是將機械運動轉化為電子信號的轉動式機電裝置。但與編碼器不同的是，旋轉變壓器傳輸的是模擬信號而非數字信號?；窘M成方面，旋轉變壓器由1個一次繞組和2個相位在機械上成90°的二次繞組組成，見圖2所示。旋轉變壓器的輸出信號需要控制器能夠轉換模擬信號的信號輸入電路。
旋轉變壓器的參數之一為磁極數。圖3為單轉速旋轉變壓器的輸出。磁極數等于旋轉變壓器轉動一圈的已調幅正弦周期數。多級旋轉變壓器是通過在轉子和定子中相等地增加磁極數來實現的。zui大轉速受旋轉變壓器的尺寸影響，一般用來提高精度。而一個單轉速旋轉變壓器本質上是一個低精度的單圈式裝置。隨著轉速輸出的增加，旋轉變壓器也會失去位置信息。如果空間允許，在一個多轉速旋轉變壓器上再加一個單轉速旋轉變壓器可既可提高精度，又可獲得位置輸出。
由于具有和電機相似的結構（繞組、疊片、軸承和支架），旋轉變壓器可用于超重載應用。因為不帶電路硬件，它能夠在更加的溫度下運行。因為不帶光學元件以及不需精密對準，它能耐受更多的沖擊和振動。因為不帶光學元件和電路硬件，它能夠用于高輻射環境。
旋轉變壓器已經過時間的考驗，但是模擬信號輸出限制了其使用范圍。旋轉變壓器zui常見用于交流永磁無刷伺服電機、軍事、航空航天應用。
結束語
總之，應根據應用來選擇旋轉變壓器或編碼器反饋?？刂齐娐泛铜h境是兩個zui重要的考慮因素—找到了這兩個問題的答案，選什么就很清楚了。你可在下面找到對應本文注解的量化指標。