本文档介绍了编码器理论，测量编码器的基础知识以及使用NI硬件测量编码器的选件。
编码器和应用概述
编码器是一种可以测量运动或位置的机电设备。大多数编码器使用光学传感器以脉冲序列的形式提供电信号，然后可以将其转换为运动，方向或位置。
旋转编码器用于测量轴的旋转运动。图1显示了旋转编码器的基本组件，该编码器由一个发光二极管（LED），一个磁盘和一个位于磁盘相对侧的光检测器组成。安装在旋转轴上的磁盘具有编码到磁盘中的不透明和透明扇区的图案。当磁盘旋转时，不透明的部分会挡住光线，并且在玻璃透明的地方允许光线通过。这会产生方波脉冲，然后可以将其解释为位置或运动。
编码器每转通常有100到6,000个段。这意味着这些编码器可以为100段的编码器提供3.6度的分辨率，为6,000段的编码器提供0.06度的分辨率。
线性编码器的工作原理与旋转编码器相同，不同之处在于，线性编码器不是旋转盘，而是固定不透明带，其表面上有透明缝，并且LED检测器组件固定在移动体上。
图1.光学编码器组件
具有一组脉冲的编码器将无法使用，因为它无法指示旋转方向。使用两个扇区的相位相差90度的代码（图2），正交编码器的两个输出通道可同时指示旋转的位置和方向。例如，如果A引导B，则磁盘沿顺时针方向旋转。如果B领先于A，则磁盘将沿逆时针方向旋转。因此，通过同时监视脉冲数和信号A和B的相对相位，可以跟踪旋转的位置和方向。
图2.正交编码器A和B输出信号
此外，某些正交编码器还包括第三输出通道-称为零或参考信号-每转提供一个脉冲。您可以使用该单个脉冲来精确确定参考位置。在大多数编码器中，此信号称为Z端子或索引。
到目前为止，该文档仅解决了所谓的单端增量正交编码器。这些之所以称为单端，是因为A和B信号均以地为参考，因此每个信号只有一根导线（或一端）。编码器的另一种常用类型是差分编码器，其中每个A和B信号都有两条线。 A信号的两条线是A'和A，B信号的两条线是B'和B。这种类型的配置也称为推挽，因为所有四条线始终提供已知的电压（或者0 Vcc）。当A为Vcc时，A'为0 V；当A为0 V时，A'为Vcc。对于单端编码器，A为Vcc或为浮点型。差分编码器通常用于电气噪声环境，因为进行差分测量可以保护信号的完整性。
使用增量编码器，您只能测量位置变化（从中可以确定速度和加速度），但无法确定对象的绝对位置。第三类编码器，称为绝对编码器，能够确定物体的绝对位置。这种类型的编码器具有交替的不透明段和透明段，例如增量编码器，但是绝对编码器使用多组段，这些段在编码器轮上形成同心圆，就像目标或飞镖靶上的靶心。同心圆从编码器轮的中间开始，并且当环朝着环的外侧伸出时，它们各自的段数是前一个内环的两倍。第一个环是最里面的环，具有一个透明段和一个不透明段。从中间出来的第二个环有两个透明段和两个不透明的段，第三个环每个段有四个。如果编码器有10个环，则其最外面的环具有512段，如果编码器有16个环，则最外部的环具有32,767段。
由于绝对编码器的每个环都具有前一个环的段数的两倍，因此这些值构成了二进制计数系统的数字。在这种类型的编码器中，编码器轮上的每个环都有一个光源和接收器。这意味着具有10个环的编码器具有10组光源和接收器，具有16个环的编码器具有16个光源和接收器。
绝对值编码器的优点是您可以将其减速，以使编码器轮在整个机器行程中旋转一圈。如果机器的行程长度为10英寸，并且其编码器具有16位分辨率，则机器的分辨率为10 / 65,536，即0.00015英寸。如果机器的行程较长，例如6英尺，则粗略旋转变压器可以跟踪每英尺的行进，而第二个旋转变压器称为精细旋转变压器，可以将位置跟踪在1英尺之内。这意味着您可以使粗编码器齿轮啮合，从而使其在整个6英尺的距离内旋转一圈精细的编码器，以使其整个分辨率扩展到1英尺（12英寸）。