編碼器輸出信號(hào)類(lèi)型有哪幾種 編碼器的輸出方式有什么區(qū)別

編碼器是一種將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并轉(zhuǎn)換為可用于通信、傳輸或存儲(chǔ)形式的設(shè)備。在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、CNC機(jī)床等領(lǐng)域，編碼器扮演著至關(guān)重要的角色，它們能夠精確測(cè)量和記錄物體的位置、速度或方向。編碼器的輸出信號(hào)類(lèi)型和輸出方式多種多樣，每種類(lèi)型都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。

一、編碼器輸出信號(hào)類(lèi)型

編碼器的輸出信號(hào)類(lèi)型主要包括正弦波、TTL（差分驅(qū)動(dòng)輸出）、HTL（推挽輸出）、集電極開(kāi)路以及PWM信號(hào)等。

1. 正弦波
   • 原理 ：當(dāng)碼盤(pán)隨著被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)光柵不動(dòng)，光線透過(guò)碼盤(pán)和檢測(cè)光柵上的縫隙照射到光電檢測(cè)器件上，光電檢測(cè)器件就輸出兩組相位相差90°的近似于正弦波的電信號(hào)。正弦波經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理，會(huì)得到矩形波，進(jìn)而就可以得到被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。
   • 應(yīng)用 ：正弦波信號(hào)通常用于高精度測(cè)量系統(tǒng)，如伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。由于正弦波信號(hào)的抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，因此在需要高精度和長(zhǎng)距離傳輸?shù)膱?chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。
2. TTL（差分驅(qū)動(dòng)輸出）
   • 原理 ：TTL輸出是一種低功耗的輸出方式，其信號(hào)電平符合TTL電平標(biāo)準(zhǔn)。差分驅(qū)動(dòng)輸出則是指輸出信號(hào)采用差分形式，即同時(shí)輸出一個(gè)正信號(hào)和一個(gè)負(fù)信號(hào)，以提高信號(hào)的抗干擾能力。
   • 特點(diǎn) ：TTL輸出方式具有低功耗、高速傳輸和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，差分驅(qū)動(dòng)輸出方式能夠進(jìn)一步提高信號(hào)的抗干擾能力，使信號(hào)在傳輸過(guò)程中更加穩(wěn)定。
   • 應(yīng)用 ：TTL輸出方式通常用于低功耗應(yīng)用場(chǎng)合，如便攜式設(shè)備或電池供電的設(shè)備。差分驅(qū)動(dòng)輸出方式則適用于需要高速、長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、機(jī)器人控制等。
3. HTL（推挽輸出）
   • 原理 ：HTL輸出方式是一種推挽式輸出，其輸出電路由兩個(gè)互補(bǔ)的三極管組成，當(dāng)其中一個(gè)三極管導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)三極管則關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出。
   • 特點(diǎn) ：HTL輸出方式具有較高的抗干擾能力和較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。同時(shí)，由于輸出電路簡(jiǎn)單，因此具有較高的可靠性。
   • 應(yīng)用 ：HTL輸出方式通常用于需要較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾能力的場(chǎng)合，如工業(yè)控制領(lǐng)域中的電機(jī)控制、閥門(mén)控制等。
4. 集電極開(kāi)路
   • 原理 ：集電極開(kāi)路輸出方式以輸出電路的晶體管發(fā)射極作為公共端，集電極懸空。根據(jù)編碼器的狀態(tài)，集電極會(huì)處于高阻態(tài)（即開(kāi)路）或連接到發(fā)射極（即閉合）。
   • 類(lèi)型 ：根據(jù)使用的晶體管類(lèi)型不同，集電極開(kāi)路輸出可以分為NPN集電極開(kāi)路輸出和PNP集電極開(kāi)路輸出兩種形式。
   • 特點(diǎn) ：集電極開(kāi)路輸出方式具有電路簡(jiǎn)單、功耗低、易于接口匹配等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)外接上拉電阻，可以方便地實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的接口匹配。
   • 應(yīng)用 ：集電極開(kāi)路輸出方式適用于多種電壓系統(tǒng)，特別是在需要外部上拉電阻的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。此外，它還常用于需要穩(wěn)定電壓輸入的設(shè)備連接，如PLC（可編程邏輯控制器）等。
5. PWM信號(hào)
   • 原理 ：PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)是一種通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)制信號(hào)的方法。在編碼器輸出中，PWM信號(hào)常用于表示編碼器的絕對(duì)位置。
   • 特點(diǎn) ：PWM信號(hào)具有分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)改變PWM信號(hào)的占空比，可以精確地表示編碼器的絕對(duì)位置。
   • 應(yīng)用 ：PWM信號(hào)通常用于需要高精度位置控制的場(chǎng)合，如伺服電機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)等。

二、編碼器的輸出方式

編碼器的輸出方式主要包括增量式輸出和絕對(duì)式輸出兩種。

1. 增量式輸出
   • 原理 ：增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相。A、B兩組脈沖相位差90°，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。
   • 特點(diǎn) ：增量式輸出方式具有原理構(gòu)造簡(jiǎn)單、機(jī)械平均壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于輸出的是脈沖信號(hào)，因此具有較高的分辨率和精度。
   • 應(yīng)用 ：增量式輸出方式適用于需要測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)方向的場(chǎng)合。例如，在機(jī)床控制、機(jī)器人控制等領(lǐng)域中，增量式編碼器被廣泛應(yīng)用于測(cè)量和控制旋轉(zhuǎn)部件的位置和速度。
2. 絕對(duì)式輸出
   • 原理 ：絕對(duì)式編碼器是直接輸出數(shù)字的傳感器。在其圓形碼盤(pán)上沿徑向有若干同心碼盤(pán)，每條道上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成。相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤(pán)上的碼道數(shù)是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。在碼盤(pán)的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件。當(dāng)碼盤(pán)處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。
   • 特點(diǎn) ：絕對(duì)式輸出方式具有不需要計(jì)數(shù)器、在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于輸出的是數(shù)字信號(hào)，因此具有較高的抗干擾能力和穩(wěn)定性。
   • 應(yīng)用 ：絕對(duì)式輸出方式適用于需要高精度位置控制的場(chǎng)合。例如，在精密加工、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中，絕對(duì)式編碼器被廣泛應(yīng)用于測(cè)量和控制旋轉(zhuǎn)部件的絕對(duì)位置。

三、編碼器輸出信號(hào)類(lèi)型與輸出方式的區(qū)別與聯(lián)系

1. 區(qū)別
   • 信號(hào)類(lèi)型方面：編碼器輸出信號(hào)類(lèi)型包括正弦波、TTL、HTL、集電極開(kāi)路以及PWM信號(hào)等，每種類(lèi)型都有其特定的電路原理、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。
   • 輸出方式方面：增量式輸出和絕對(duì)式輸出是編碼器的兩種主要輸出方式。它們分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，如增量式輸出適用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)方向等場(chǎng)合；而絕對(duì)式輸出則適用于需要高精度位置控制的場(chǎng)合。
2. 聯(lián)系
   • 無(wú)論是哪種輸出信號(hào)類(lèi)型或輸出方式，編碼器的主要功能都是將物體的位置、速度或方向等信息進(jìn)行編碼并轉(zhuǎn)換為可用于通信、傳輸或存儲(chǔ)的形式。
   • 在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求選擇合適的編碼器輸出信號(hào)類(lèi)型和輸出方式。例如，在需要高精度位置控制的場(chǎng)合中，可以選擇絕對(duì)式輸出方式的編碼器；而在需要低功耗、高速傳輸或長(zhǎng)距離傳輸?shù)膱?chǎng)合中，則可以選擇TTL差分驅(qū)動(dòng)輸出或正弦波輸出類(lèi)型的編碼器。

綜上所述，編碼器的輸出信號(hào)類(lèi)型和輸出方式多種多樣，每種類(lèi)型都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。在選擇編碼器時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行綜合考慮和選擇。