海德漢HEIDENHAIN旋轉編碼器的工作原理

旋轉編碼器（rotary encoder）也稱為軸編碼器，是將旋轉位置或旋轉量轉換成模擬或數字信號的機電設備。一般裝設在旋轉物體中垂直旋轉軸的一面。旋轉編碼器用在許多需要旋轉位置及速度的場合，如工業控制、機器人技術、鏡頭、計算機輸入設備（如鼠標及軌跡球）等。旋轉編碼器可分為型（absolute）編碼器及增量型（incremental）編碼器二種。增量型編碼器也稱作相對型編碼器（relative encoder），利用檢測脈沖的方式來計算轉速及位置，可輸出有關旋轉軸運動的信息，一般會由其他設備或電路進一步轉換為速度、距離、每分鐘轉速或位置的信息；型編碼器會輸出旋轉軸的位置，可視為一種角度傳感器。

旋轉編碼器是集光機電技術于一體的速度位移傳感器。當旋轉編碼器軸帶動光柵盤旋轉時，經發光元件發出的光被光柵盤狹縫切割成斷續光線，并被接收元件接收產生初始信號。該信號經后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。其特點是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩定，可靠使用壽命長等特點。

增量式編碼器

增量式編碼器軸旋轉時，有相應的相位輸出。其旋轉方向的判別和脈沖數量的增減，需借助后部的判向電路和計數器來實現。其計數起點可任意設定，并可實現多圈的無限累加和測量。還可以把每轉發出一個脈沖的Z信號，作為參考機械零位。當脈沖已固定，而需要提高分辨率時，可利用帶90度相位差A，B的兩路信號，對原脈沖數進行倍頻。

值編碼器

值編碼器軸旋轉器時，有與位置一一對應的代碼（二進制，BCD碼等）輸出，從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所處的位置，而無需判向電路。它有一個零位代碼，當停電或關機后再開機重新測量時，仍可準確地讀出停電或關機位置地代碼，并準確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測量范圍為0～360度，但特殊型號也可實現多圈測量。

正弦波編碼器

正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區別在于輸出信號是正弦波模擬量信號，而不是數字量信號。它的出現主要是為了滿足電氣領域的需要－用作電動機的反饋檢測元件。在與其它系統相比的基礎上，人們需要提高動態特性時可以采用這種編碼器。

為了保證良好的電機控制性能，編碼器的反饋信號必須能夠提供大量的脈沖，尤其是在轉速很低的時候，采用傳統的增量式編碼器產生大量的脈沖，從許多方面來看都有問題，當電機高速旋轉（6000rpm）時，傳輸和處理數字信號是困難的。在這種情況下，處理給伺服電機的信號所需帶寬（例如編碼器每轉脈沖為10000）將很容易地超過MHz門限；而另一方面采用模擬信號大大減少了上述麻煩，并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信號的內插法，它為旋轉角度提供了計算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉1024個正弦波編碼器中，獲得每轉超過1000，000個脈沖。接受此信號所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內插倍頻需由二次系統完成。