什么是旋转编码器？旋转编码器工作原理、作用和旋转编码器类型介绍

审核人：Stephen Bettles（技术支持工程师，2025 年 1 月）

旋转编码器是一种机电设备，在工业中广泛用于监测和控制设备。它们的工作原理是将轴的角位置或旋转转换为数字信号或模拟信号（与轴的速度或位置成比例的电压）。通过这种方式，它们能够准确传达有关轴的速度、加速度和位置的信息。

旋转编码器有什么作用？除了控制自动化系统，旋转编码器还用于伺服电机反馈应用（即控制电机速度/位置），例如在包装、纺织和物料搬运等应用中。

旋转编码器的其他应用包括自动车辆控制和其他机器人作业、雷达系统以及流变仪（测量粘度和粘弹性的设备）。

旋转编码器通过将机械运动转换为信号来实现轴位置和速度的计算。编码器产生的模拟或数字信号可用于性能反馈或控制设备。旋转编码器被广泛使用的原因之一是它们简单、经济且可靠。

有多种旋转编码器技术可供选择，它们通常被分为绝对式或增量式，不过这两种类型都可以是光学式或磁性式。请继续阅读以了解更多信息。

旋转编码器有多种方式读取附着在轴上的圆盘或轮子以生成数据。较常见的方法之一是使用光学传感器。这种类型被称为光电编码器设计。

什么是光电编码器？在光电编码器中，圆盘上有小孔：光线可以穿过的狭缝或槽。当轴旋转时，传感器测量光脉冲以及狭缝对光脉冲的遮挡情况。通过跟踪这些脉冲，就可以生成显示轴的确切位置和速度的信号。光电编码器使用一个 LED 和一个光电传感器来工作。使用光电传感器的旋转编码器的输出是什么？输出类型包括推挽式、TTL 和 IO 链路。

绝对式旋转编码器传输一种独特的信号，该信号不仅显示轴的速度和方向，还显示绝对位置。即使断电，绝对式旋转编码器也能保留该位置信息，这意味着重新通电时，位置数据可以立即获取。绝对式旋转编码器通常用于需要极其精确定位的应用中，尤其是在断电之后。它使用的圆盘为每个轴位置都设有一组独特的标记。

绝对式旋转编码器的一大优点是，它们在启动时无需校准；相反，编码器数值与机械装置之间的关系在组装时就已设定好，这意味着编码器无需重新校准。在涉及机械装置启动性能时，这一特性尤为有利。绝对式旋转编码器在需要对多轴进行精确运动检测的情况下也很有用，它们的整体分辨率往往比增量式编码器更高，并且在需要从电源故障中恢复时效果更好。

与绝对式旋转编码器不同，增量式旋转编码器相对简单且价格低廉，因此应用广泛。它们擅长在伺服电机应用以及自动化和控制领域提供速度和距离信息。在增量式光电编码器中，典型的组件包括一块印刷电路板，上面装有一个传感器阵列，该阵列能生成与位置和速度相关的信号。当轴旋转时，传感器捕捉到的信息会转换为脉冲。增量式编码器每旋转一圈会输出指定数量的脉冲，此外，通常还会在设定的零位置输出一个单脉冲。增量式编码器用途广泛、性价比高，并且可以轻松根据各种需求进行定制。

另一方面，如果编码器是磁性的，那么它的工作原理是什么？磁性旋转编码器常用于对可靠性、耐用性要求较高，或者对尺寸小、重量轻有要求的场合。它们通过使用磁铁和转轮来产生显示位置和速度的输出信号。磁性旋转编码器将旋转检测为磁场的变化，并将该信息转换为电信号。

一个简单的磁性旋转编码器包括一个安装在轴上的永久磁铁（例如在伺服电机反馈应用中，轴可以是电机的轴）和一个安装在印刷电路板（PCB）上的磁传感器。当轴旋转时，永久磁铁也随之旋转。安装在PCB上的磁传感器检测磁场方向的变化，从而传递有关旋转速度和位置的信息。

在为某项工作选择旋转编码器时，应该考虑哪些因素呢？必须根据所需的分辨率来考虑每转的脉冲数，同时要考虑轴的每分钟转数以及所连接的外部设备能够接受的最大每秒脉冲数。输出信号电平也必须兼容。还必须考虑轴的尺寸、防护等级（IP等级）等物理特性。

另一方面，绝对式旋转编码器无需额外的电子设备就能自行理解定位信息。它们适用于需要精确定位的工作，例如确定数控机床的方向，在这些应用中，定位精度至关重要。

一般来说，旋转编码器广泛应用于需要对运动部件进行精确控制的场合。如前所述，常见的应用之一是电机控制。例如，当电机负载增加导致其转速减慢时，旋转编码器会提供反馈，确保电机加速以保持恒定速度。这在诸如依赖大量伺服电机运行的机器人等应用中至关重要。

因此，无论是控制传送带、设定机床切割头的位置，还是在仓库地面上运输货物，这些多功能设备在现代工业中都发挥着至关重要的作用。

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