國SEW旋轉(zhuǎn)編碼器是將測量的角位移以編碼形式輸出的位置檢測裝置，德國SEW編碼器屬于間接測量的數(shù)字式檢測裝置。德國SEW編碼器根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式可分為增量式和式。根據(jù)檢測原理可分為光電式、磁電式和感應(yīng)式等。同樣，SEW編碼器光電式編碼器在精度、分辨率、信號(hào)質(zhì)量方面有突出的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。

德國SEW編碼器增量式光編碼器是利用光電轉(zhuǎn)換原理將運(yùn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)角的增量值以脈沖的形式輸出，SEW編碼器通過對(duì)脈沖計(jì)數(shù)從而計(jì)算轉(zhuǎn)角值。德國SEW編碼器循環(huán)碼道上每個(gè)相鄰線紋構(gòu)成一個(gè)節(jié)距，用于產(chǎn)生位置信號(hào)。德國SEW編碼器索引碼道上僅有一條線紋6，用于產(chǎn)生參考點(diǎn)信號(hào)。德國SEW編碼器光欄板3上有三組線紋，A、B兩組線紋彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距。當(dāng)光電碼盤4與軸同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于光電碼盤4上的條紋與光欄3上的條紋出現(xiàn)重合和錯(cuò)位，光電元件5感受到變化的光能，產(chǎn)生近似于正弦波電信號(hào)。SEW編碼器當(dāng)光欄3條紋A與光電碼盤4條紋重合時(shí)，條紋B與另一條紋錯(cuò)位1/4周期，SEW編碼器因此A、B兩通道輸出的波形相位也相差1/4周期，用于辨別旋轉(zhuǎn)方向增量式光電編碼器輸出的A、、B、四路信號(hào)經(jīng)差分傳輸進(jìn)入數(shù)控裝置變換為A相和B相信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)整形和單穩(wěn)后變成窄脈沖A1和B1。德國SEW編碼器編碼器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，A脈沖超前B脈沖，B脈沖和A1窄脈沖進(jìn)入 “與非門"C，A脈沖和B1窄脈沖進(jìn)入 “與非門"D，則C門和D門分別輸出高電平C和負(fù)脈沖D。這兩個(gè)信號(hào)使能1、2號(hào)“與非門"組成的R-S觸發(fā)器置“0"（Q端輸出“0"，代表正方向），使 “與非門"3輸出正向計(jì)數(shù)脈沖。反向時(shí)，B脈沖超前A脈沖，B、A1和A、B1信號(hào)同樣進(jìn)入C、D門，但由于其信號(hào)相位不同，使C、D門分別輸出負(fù)脈沖和高電平，從而將R-S觸發(fā)置“1"（Q端輸出“1"，代表負(fù)方向），3門輸出反向計(jì)數(shù)脈沖。不論正向和反向，“與非門"3都是計(jì)數(shù)脈沖輸出門，SEW編碼器R-S觸發(fā)器的Q端輸出方向控制信號(hào)。

德國SEW編碼器增量式光電編碼器的測量精度與它所能分辨的最小分辨角α有關(guān)（α=條紋數(shù)/360°），因此，測量精度與光電碼盤圓周的條紋數(shù)（即脈沖/ r）有關(guān)。目前使用的高分辨率光電編碼器的最小分辨角已達(dá)到±2〞，允許的轉(zhuǎn)速可達(dá)10000rpm。

德國SEW編碼器在數(shù)控系統(tǒng)中，常對(duì)編碼器輸出信號(hào)進(jìn)行細(xì)分處理，以提高分辨率。如：半閉環(huán)伺服系統(tǒng)配置2000/r的編碼器驅(qū)動(dòng)導(dǎo)程為8mm的滾珠絲杠，SEW編碼器的分辨角α=0.18°，對(duì)絲杠的直線分辨率為0.004mm，若系統(tǒng)再進(jìn)行4倍頻處理后，德國SEW編碼器對(duì)工作臺(tái)的直線分辨率可提高到0.001mm 。

德國SEW編碼器在數(shù)控機(jī)床上增量式編碼器決定運(yùn)動(dòng)部件當(dāng)前位置的方法是由機(jī)床原點(diǎn)開始對(duì)走過的步距或細(xì)分電路的計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。德國SEW編碼器因此對(duì)于使用增量式編碼器的機(jī)床，開機(jī)時(shí)首先必須執(zhí)行回參考點(diǎn)操作，建立機(jī)床坐標(biāo)系及編程的原點(diǎn)。

SEW編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，SEW編碼器通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。德國SEW編碼器具有體積小，精度高，工作可靠.接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。德國SEW編碼器廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。德國SEW編碼器光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。德國SEW編碼器光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于德國SEW編碼器光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖,所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
德國SEW編碼器根據(jù)檢測原理，德國SEW編碼器編碼器分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、式以及混合式三種。
SEW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；SEW編碼器每轉(zhuǎn)過一個(gè)單位，SEW編碼器就輸出一個(gè)脈沖，故稱之為增量式。SEW編碼器的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。SEW編碼器缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信息。SEW編碼器增量式編碼器輸出信號(hào)有長線輸出，開集輸出，電壓輸出，推拉互補(bǔ)輸出四種方式。SEW編碼器機(jī)械結(jié)構(gòu)上分的話有中空軸和帶軸編碼器，可以滿足各種不同的應(yīng)用場合。

SEW編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，SEW編碼器的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由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，碼盤上的碼道數(shù)就是SEW編碼器的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每碼一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時(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)。這種SEW編碼器的特點(diǎn)是不要計(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。SEW編碼器以某一點(diǎn)為參考原點(diǎn)，數(shù)據(jù)線始終輸出編碼器軸的當(dāng)前位置偏離原點(diǎn)的距離的數(shù)據(jù)信息，是稱式SEW編碼器。比如，一款10位BCD碼輸出的編碼器分辨率為360C/T，那么每個(gè)單位對(duì)應(yīng)1°，如果軸偏離原點(diǎn)一個(gè)單位，也就是處在1°的位置，那么輸出0000000001，如果偏離50°的位置，那么輸出就是0001010000.
式編SEW編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測位置。SEW編碼器由于這樣的特點(diǎn)，式編碼器非常適合應(yīng)用在跑軌跡的場合。SEW編碼器的特點(diǎn)：總是輸出當(dāng)前角度坐標(biāo)的值；沒有累積誤差；電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位、25位等多等。

SEW編碼器混合式值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有信息功能；另一組則同增量式編碼器的輸出信息。SEW編碼器從輸出信號(hào)的編碼方式來分類的話，有BCD碼、GRAY碼和2進(jìn)制碼輸出；從輸出方式來劃分的話并行輸出和串行輸出；從分辨率來劃分，有從8位到36位不等。此外，式SEW編碼器還有單圈和多圈之分。

1.      SEW編碼器的特點(diǎn)及用途

 SEW編碼器是通過把機(jī)械角度物理量的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的一種裝置；SEW編碼器在傳感器的分類中，他歸屬于角位移傳感器。

根據(jù)SEW編碼器的這一特性，編碼器主要用于測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體的角位移量，角速度，角加速度，通過編碼器把這些物理量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出給控制系統(tǒng)或儀表，控制系統(tǒng)或儀表根據(jù)這些量來控制驅(qū)動(dòng)裝置。

2. SEW編碼器的主要應(yīng)用場合：

2.1   數(shù)控機(jī)床及機(jī)械附件。

2.2   機(jī)器人、自動(dòng)裝配機(jī)、自動(dòng)生產(chǎn)線。

2.3   電梯、紡織機(jī)械、縫制機(jī)械、包裝機(jī)械（定長）、印刷機(jī)械（同步）、木工機(jī)械、塑料機(jī)械（定數(shù)）、橡塑機(jī)械。

2.4   制圖儀、測角儀、療養(yǎng)器 雷達(dá)等。

3. 基本原理

3.1 構(gòu)造

SEW編碼器主要是由碼盤(圓光柵、指示光柵)、機(jī)體、發(fā)光器件、感光器件等部件組成。

（1） SEW編碼器圓光柵是由涂膜在透明材料或刻畫在金屬材料上的成放射狀的明暗相間的條紋組成的。一個(gè)相鄰條紋間距稱為一個(gè)柵節(jié),光柵整周柵節(jié)數(shù)就是編碼器的脈沖數(shù)(分辨率)。（注:本公司碼盤有三種金屬、玻璃、菲林(類似塑料) 三種）。

（2） SEW編碼器指示光柵是一片固定不動(dòng)的,但窗口條紋刻線同圓光柵條紋刻線相同的光柵片。

（3）SEW編碼器機(jī)體是裝配圓光柵,指示光柵等部件的載體。

（4）SEW編碼器發(fā)光器件一般是紅外發(fā)光管。

（5）SEW編碼器感光器件是高頻光敏元件;一般有硅光電池和光敏三極管。

3.2 SEW編碼器工作原理

SEW編碼器由圓光柵和指示光柵組成一對(duì)掃描系統(tǒng),在掃描系統(tǒng)的一側(cè)投射一束紅外光,在掃描系統(tǒng)的另一側(cè)的感光器件就可以收到掃描光信號(hào);當(dāng)圓光柵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),SEW編碼器感光器件接收到的掃描光信號(hào)會(huì)發(fā)生變化,SEW編碼器感光器件可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并輸出給控制系統(tǒng)或儀表。

    一般SEW編碼器的輸出信號(hào)為兩列成90度相位差的Sin信號(hào)和Cos信號(hào)(這是由指示光柵的窗口條紋刻線保證的);這些信號(hào)的周期等于圓光柵轉(zhuǎn)過一個(gè)柵節(jié)(P)的移動(dòng)時(shí)間,對(duì)Sin信號(hào)和Cos信號(hào)進(jìn)行放大及整形就可輸出方波脈沖信號(hào)。

4. 應(yīng)用舉例

   編碼器的應(yīng)用場合十分的廣泛，在此列舉幾個(gè)簡單事例：

   (1) 數(shù)控機(jī)床對(duì)加工工件自動(dòng)檢測就是通過SEW編碼器來進(jìn)行檢測的：數(shù)控機(jī)床刀架的對(duì)零校準(zhǔn)也是通過SEW編碼器來實(shí)施的。

   (2) SEW編碼器在PLC上的應(yīng)用：一般PLC上都有高速信號(hào)輸入口，編碼器可以作為高速信號(hào)輸入元件，使PLC更加迅速和精準(zhǔn)地實(shí)施閉環(huán)控制。而在變頻器上其一般接變頻器的PG卡上。

   （3） SEW編碼器用在電梯上，用于測量電梯的升降速度和位置。

5. 產(chǎn)品介紹

5.1 產(chǎn)品分類：

（1） SEW編碼器型：其輸出信號(hào)為計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別的二進(jìn)碼，BCD碼或格雷碼。

（2） SEW編碼器增量型：其輸出信號(hào)為連續(xù)的方波脈沖，我公司增量型編碼器又分為以下幾種：

A. 主軸型：SEW編碼器其特點(diǎn)為可制作30～3600 P / R的脈沖，規(guī)格齊全，適合多種場合。基本型號(hào)有ISC、ISL、ISCA、等系列

    B. 中空型：SEW編碼器其特點(diǎn)為可制作30～3600 P / R的脈沖,采用彈簧板連接，安裝方便,適合于DC和AC馬達(dá)?；拘吞?hào)IHC、IHA等系列。

C. 手動(dòng)型：SEW編碼器其特點(diǎn)為可制作25～100 P / R的脈沖，手感均勻、靈活，體積更小，使用壽命更長?；拘吞?hào)有ISM等系列。

5.2 型號(hào)解說

（1） SEW編碼器型號(hào)的編排參照樣本。

（2） SEW編碼器信號(hào)輸出說明

B ——表示A、B兩信號(hào)輸出，信號(hào)相差90度。

BZ ——表示A、B兩信號(hào)輸出，信號(hào)相差90度+原點(diǎn)信號(hào)輸出。

（3） 信號(hào)輸出形式說明

E ——表示電壓輸出（4.5V～13.2V）。

C ——表示集電極開放輸出，有NPN型集電極開放輸出（4.5V～13.2V）、NPN型高電壓集電極開放輸出（10.8V～26.4V）、

C2------PNP型高電壓集電極開放輸出（10.8V～26.4）。

          F ——表示推拉（互補(bǔ)，推挽）輸出（10.8V～26.4V）。

          L ——表示長線驅(qū)動(dòng)輸出（4.75V～5.25V）。

          T--------表示長線驅(qū)動(dòng)輸出（10.8V～26.4V）。

6. SEW編碼器選型必須了解的五個(gè)參數(shù)

脈沖數(shù)（每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)P / R）；信號(hào)輸出形式（信號(hào)路數(shù)及信號(hào)輸出形式）；電源電壓（5～12V為低電壓，12～24為高電壓）；軸徑（mm）；外型尺寸（mm）。

（例：用戶要求訂購100脈沖、三路信號(hào)長線驅(qū)動(dòng)器輸出、電壓5V、軸徑6mm、外形尺寸38mm的，則我們編碼器的型號(hào)為“CTX100ISCG3806BZ1—5L"。

SEW編碼器光電編碼器是一種集光、機(jī)、電為一體的數(shù)字檢測裝置，SEW編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換，將輸至軸上的機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，SEW編碼器主要用于速度或位置（角度）的檢測。具有精度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠等顯著的優(yōu)點(diǎn)。SEW編碼器按結(jié)構(gòu)形式可分為直線式編碼器和旋轉(zhuǎn)式編碼器兩種類型。

SEW編碼器主要由光柵、光源、檢讀器、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、機(jī)械傳動(dòng)等部分組成。SEW編碼器光柵面上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期；SEW編碼器分別用兩個(gè)光柵面感光。SEW編碼器由于兩個(gè)光柵面具有90°的相位差，因此將該輸出輸入數(shù)字加減計(jì)算器，SEW編碼器就能以分度值來表示角度。SEW編碼器它們的節(jié)距從光電編碼器的輸出信號(hào)種類來劃分，可分為增量式和值式兩大類。

SEW編碼器旋轉(zhuǎn)增量式編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，SEW編碼器通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。SEW編碼器這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)；SEW編碼器當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，SEW編碼器計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，SEW編碼器只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。

SEW編碼器光碼盤上有許多道刻線，SEW編碼器每道刻線依次以2線、4線、8線、16線……編排，這樣在編碼器的每一個(gè)位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的的2進(jìn)制編碼(格雷碼)，這就稱為位編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，SEW編碼器不受停電、干擾的影響。SEW編碼器編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的性，SEW編碼器無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，SEW編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。由于編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制定位中。

SEW編碼器信號(hào)輸出有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出等輸出形式。SEW編碼器串行輸出是時(shí)間上數(shù)據(jù)按照約定，有先后輸出；空間上，所有位數(shù)的數(shù)據(jù)都在一組電纜上(先后)發(fā)出。這種約定稱為“通訊協(xié)議"，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。串行輸出連接線少，傳輸距離遠(yuǎn)，可靠性就大大提高了，但傳輸速度比并行輸出慢。對(duì)于SEW編碼器，SEW編碼器信號(hào)并行輸出是時(shí)間上數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)出：空間上，每個(gè)位數(shù)的數(shù)據(jù)各占用一根線纜。對(duì)于位數(shù)不高的編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進(jìn)入PLC或上位機(jī)的I／O接口。這種方式輸出即時(shí)，連接簡單。但是，對(duì)于位數(shù)較多的編碼器，有許多芯電纜，由此帶來工程難度和諸多不便、降低了可靠性。因此，SEW編碼器在編碼器多位數(shù)輸出一般不采用并行輸出型，而是選用串行輸出或總線型輸出。

二、光電編碼器的分類

按測量方式的分類：

        SEW編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器

         SEW編碼器直尺編碼器

按編碼方式的分類：

        SEW編碼器式編碼器

         SEW編碼器增量式編碼器

          SEW編碼器混合式編碼器

三、SEW編碼器光電編碼器的應(yīng)用

近十幾年來，SEW編碼器光電編碼器發(fā)展為一種成熟的多規(guī)格、高性能的系列工業(yè)化產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

  SEW編碼器電容傳感器具有測量分辨力和測量準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，在很多場合被作為高精測量儀器使用，但因其自身缺陷，只能使用在微小位移的測量中，無法滿足大位移測量的要求。80年代容柵傳感器的出現(xiàn)，的改變了這種情況。借鑒了光柵的結(jié)構(gòu)形式，工程師把電容做成柵型，大大提高了測量的精度和范圍，實(shí)現(xiàn)了大位移高精度測量。

    SEW編碼器容柵傳感器相對(duì)于其他類型的傳感器有許多突出的優(yōu)點(diǎn)[2]：

    1、量程大、分辨率高。在線位移測量時(shí)，分辨率為2mm時(shí)，量程可達(dá)到20m，在角位移測量時(shí)，分辨率為0.1°時(shí)，量程為4096圈。其測量速度也比較高，測量線速度可達(dá)到1.5m/s。
    2、容柵測量屬非接觸式測量，因此容柵傳感器具有非接觸傳感器的優(yōu)點(diǎn)，諸如測量時(shí)摩擦阻力可以減到最小，不會(huì)因?yàn)闇y量部件的表面磨損而導(dǎo)致測量精度下降。
    3、結(jié)構(gòu)簡單。容柵傳感器的敏感元件主要由動(dòng)?xùn)藕挽o柵組成，信號(hào)線可以全部從靜柵上引出，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)?xùn)趴梢詻]有引線，為傳感器的設(shè)計(jì)帶來很大的方便。
    4、配用專用集成電路的容柵傳感器是一種數(shù)字傳感器，和計(jì)算機(jī)的接口方便，便于長距離傳送信號(hào)，幾乎無數(shù)據(jù)傳輸誤差。數(shù)據(jù)更新速率可以達(dá)到每秒50次。
    5、功耗極小。正常工作電流小于10mA，傳感器敏感元件可以長期工作，一粒鈕扣電池可以連續(xù)工作1年以上。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)出準(zhǔn)式的位移傳感器。
    6、在價(jià)格上有很大優(yōu)勢(shì)，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于同類傳感器。

    SEW編碼器容柵傳感器有最主要的問題是穩(wěn)定性和可靠性，環(huán)境潮濕和外界電磁干擾的影響尤為顯著，其次作為準(zhǔn)式傳感器在長期斷電工作時(shí)，需要定期更換電池，所以難于作為傳感器用于長期自動(dòng)測量。

    SEW編碼器容柵編碼器是以脈沖數(shù)字量來表示容柵傳感器敏感元件間相對(duì)位置信息，本文研究的容柵旋轉(zhuǎn)編碼器將容柵全部的結(jié)構(gòu)密封在金屬殼內(nèi)，大大提高了容柵傳感器的電磁兼容性和抗環(huán)境污染能力，為容柵原理用于自動(dòng)測量奠定了基礎(chǔ)。

二、SEW編碼器容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)構(gòu)和測量原理

1、SEW編碼器容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)構(gòu)組成 

    SEW編碼器容柵旋轉(zhuǎn)編碼器分動(dòng)?xùn)藕挽o柵二部分，都為精密加工的印刷電路板。動(dòng)?xùn)派嫌邪l(fā)射極和接收極，在發(fā)射極和接收極之間有屏蔽極，避免發(fā)射極到接收極之間的直接電容耦合。靜柵上有反射極和屏蔽極，反射極與屏蔽極的寬度一致，屏蔽極需可靠接地。動(dòng)?xùn)派瞎灿?8個(gè)發(fā)射電極，發(fā)射極的極距按實(shí)際要求可變，每4個(gè)發(fā)射極對(duì)應(yīng)于一個(gè)反射極。動(dòng)?xùn)派厦?個(gè)發(fā)射電極為一組，共6組。對(duì)每組發(fā)射極進(jìn)行編號(hào)A到H同編號(hào)的發(fā)射極電路上相連。運(yùn)行時(shí)，兩塊印刷電路板的柵面平行同軸相對(duì)，間距在0.1mm左右。圖1所示的是旋轉(zhuǎn)式容柵編碼器的結(jié)構(gòu)圖。

 2、SEW編碼器容柵傳感器測量原理

    SEW編碼器在動(dòng)?xùn)艝琶婢幪?hào)為A～H發(fā)射電極上分別加上8個(gè)等幅、同頻、相位依次相差p/4的方波激勵(lì)電壓信號(hào)  （i=0，1，2，…，7）。每組編號(hào)相同的發(fā)射極都加以相同的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)過兩對(duì)電容耦合在接收極上形成容柵電壓信號(hào)  。由于各組中序號(hào)相同的發(fā)射極和反射極的相對(duì)位置相同，所以可以將48個(gè)發(fā)射極和對(duì)應(yīng)的反射極板間的電容簡化為  到  的8個(gè)電容器。Cf代表反射極與接收極相互耦合之后形成的電容器，由于接收極在動(dòng)?xùn)乓苿?dòng)方向上的長度恰好為一組反射極長度的整數(shù)倍，又由于反射極是周期性排列的，所以接收極和反射極的相互覆蓋面積不隨位移變化，即Cf為一個(gè)常數(shù)。圖2所示為其等效電路圖[2]。

    SEW編碼器容柵工作時(shí)，施加發(fā)射電極上的周期激勵(lì)信號(hào)，通過發(fā)射極與反射極、反射極與接收極兩對(duì)電容耦合，在接收極上形成合成信號(hào)。傳感器輸入、輸出信號(hào)與各電極之間電容耦合關(guān)系如圖3[1]。

一組激勵(lì)信號(hào)  （i=0，1，2，…，7）通過一組電容  （i=0，1，2，…，7）和定值電容Cf耦合后，得到傳感器的輸出信號(hào)  。不考慮激勵(lì)信號(hào)的輸出阻抗，并作歸一化處理，可得：

             （1）

    把  和  作傅立葉展開，選擇合適的零點(diǎn)，可視為偶函數(shù)：

                   （2）

                      （3）

    式中，T—激勵(lì)信號(hào)的周期；

    W—靜柵反射極板的節(jié)距。

    容柵處理電路會(huì)濾去高次諧波，在這里采用基波求解，并作歸一化處理，把公式（2）（3）代入（1）得：

         （4）

    在勻速旋轉(zhuǎn)的條件下，由激勵(lì)信號(hào)  和電容  的特點(diǎn)可得：

       （5）

    式中，k為一常系數(shù)，正負(fù)由動(dòng)?xùn)藕挽o柵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向決定。

     從公式（5）可知，輸出信號(hào)  的電位相與容柵傳感器的位移有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系（在一個(gè)周期內(nèi)是單值函數(shù)），調(diào)相信號(hào)是一個(gè)周期信號(hào)，動(dòng)?xùn)藕挽o柵每相對(duì)運(yùn)動(dòng)一組發(fā)射極的寬度，調(diào)相信號(hào)變化一個(gè)周期。根據(jù)這個(gè)原理可以通過鑒相器鑒別調(diào)相信號(hào)的相位變化，從而推算出動(dòng)?xùn)藕挽o柵的相對(duì)位移。同時(shí)還可以通過可逆計(jì)數(shù)器記錄輸出信號(hào)周期變化數(shù)，實(shí)現(xiàn)長距離的測量。接收極上的輸出信號(hào)并不能直接送鑒相電路使用，在這之前還需要經(jīng)過解調(diào)?、濾波、放大和整形，形成方波，最后通過鑒相器輸出位移信息送顯示。圖4為鑒相型容柵傳感器的測量原理圖[2]。

3、SEW編碼器容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)傳遞

    SEW編碼器容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的核心部件是容柵集成芯片，它負(fù)責(zé)把傳感器的位置信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出。容柵芯片有4根引出線，分別為+1.5V、CLK、DATA和0V線。其中+1.5V和0V線為電源線和地線，CLK和DATA線為同步時(shí)鐘信號(hào)線和數(shù)據(jù)線。

    SEW編碼器CLK信號(hào)為同步時(shí)鐘信號(hào)，在一次數(shù)據(jù)傳送中，開始為54ms的高電平，表示數(shù)據(jù)即將開始傳送；接下來是兩段各有24個(gè)寬度為13ms的窄脈沖，前后兩段窄脈沖之間有110ms的高電平作為間隔；最后是75ms的高電平，以示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。具體波形如圖5。SEW編碼器容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)傳送是周期性的，在慢速狀態(tài)下，周期間隔為250ms，在快速狀態(tài)時(shí)，為20ms。

    SEW編碼器DATA信號(hào)為數(shù)據(jù)信號(hào)，SEW編碼器包含了編碼器的位移信息。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，容柵芯片在CLK信號(hào)窄脈沖的下降沿對(duì)DATA信號(hào)進(jìn)行采樣，先后采樣兩組24位數(shù)據(jù)。一組為數(shù)據(jù)，另一組為相對(duì)數(shù)據(jù)。數(shù)的初值只受上電影響，相對(duì)數(shù)據(jù)初值由數(shù)據(jù)清零信號(hào)控制。

SEW編碼器容柵編碼器有功耗低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。但其工作容易受到外界的干擾，影響工作穩(wěn)定性。所以在設(shè)計(jì)容柵編碼器時(shí)，需要一些特殊措施來抵抗干擾，提高穩(wěn)定性。

    環(huán)境對(duì)SEW編碼器的工作影響很大，特別是濕度。SEW編碼器電容傳感器主要是通過兩極板之間的電容量變化來反映相應(yīng)的被測量變化。在大濕度的情況下，會(huì)改變兩極板間的介電常數(shù)影響電容值，同時(shí)也使容柵電路的漏電流明顯增大，使容柵編碼器工作的穩(wěn)定性將受到削弱。因此，建立一個(gè)良好的容柵工作小環(huán)境，使其免受外界環(huán)境的影響，對(duì)其能否可靠工作非常重要。

   SEW編碼器是靠電容極板傳遞信號(hào)，因此保證極板之間的電場穩(wěn)定是容柵位移信號(hào)能夠正常無誤傳遞的前提。由于容柵編碼器經(jīng)常用于工業(yè)環(huán)境，其現(xiàn)場工作環(huán)境很差，常伴有大功率的電磁干擾，將容柵核心部件全部密封在金屬殼內(nèi)，而非像一般的容柵數(shù)顯產(chǎn)品把靜柵暴露于環(huán)境中，這樣既有效的進(jìn)行了電磁屏蔽，同時(shí)隔絕了外界水汽、油污，使SEW編碼器能在一個(gè)相對(duì)良好的環(huán)境中工作。

    SEW編碼器容柵的動(dòng)?xùn)藕挽o柵的屏蔽極都要有效的接地，起隔離屏蔽和消除寄生電容的作用。實(shí)際中，SEW編碼器動(dòng)?xùn)藕挽o柵相互獨(dú)立，沒有任何連線，這就需要通過外界搭橋，一般情況下，編碼器的外殼就起這樣的作用。動(dòng)?xùn)派霞傻娜輺判酒恼龢O通常和動(dòng)?xùn)牌帘螛O相連，這就有可能由于后續(xù)電路接地引起電池短路。因此在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮這個(gè)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)上采取針對(duì)性措施，對(duì)電路進(jìn)行隔離，來解決因后續(xù)電路接地帶來的電池短路問題。

    容柵編碼器是一種準(zhǔn)式傳感器。在平時(shí)全靠內(nèi)部電池維持其正常工作，因此，電池問題不容忽視。經(jīng)過實(shí)際操作證明在電池電壓降低時(shí)，將產(chǎn)生許多不可預(yù)料的情況。采用超級(jí)電容和電池并聯(lián)工作，可以有效的降低電池的功耗，延長容柵編碼器的工作時(shí)間。同時(shí)，通過設(shè)計(jì)電路實(shí)測電池電壓報(bào)警，盡量避免由于電池電量不足影響編碼器正常工作。

    除了以上幾點(diǎn)，還需要其他的一些軟件和硬件上的輔助措施，才能保證SEW編碼器正常穩(wěn)定的工作。

四、SEW編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用

    SEW編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器具有測量分辨率高、量程大，可以應(yīng)用于大位移（角位移）測量。表1列出了不同節(jié)距數(shù)時(shí)，容柵旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率可達(dá)到的精度和測量量程。

     利用上述性能，可作為多圈角位移的高精度測量。如絲杠推進(jìn)位移的高精度控制，借助齒條、鏈條、線束傳動(dòng)，可以將角位移轉(zhuǎn)換為線位移。用容柵編碼器作大位移測量，如長行程油缸的位移，堆取料機(jī)在軌道上定位等，筆者曾將SEW編碼器用于超大型構(gòu)件水平推進(jìn)的同步控制，取得良好效果。

    SEW編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器類似于式編碼器，其機(jī)電轉(zhuǎn)換部件由內(nèi)置電池供電，其信號(hào)發(fā)送部件由外接電源供電。當(dāng)外接電源斷開時(shí)，雖然不輸出數(shù)據(jù)，但傳感器還是在內(nèi)部電池支持下工作，對(duì)角位移的變化做出反應(yīng)，在任何時(shí)間都能取得正確數(shù)據(jù)。因?yàn)橐袃?nèi)部電池支持，這類傳感器被稱作準(zhǔn)式傳感器。由于傳感器耗電極?。?>

    SEW編碼器采用RS-422通訊接口，便于計(jì)算機(jī)接口，也便于進(jìn)行長距離的信號(hào)傳遞。每個(gè)傳感器可設(shè)置其ID編碼號(hào)，便于實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳遞。SEW編碼器數(shù)據(jù)測量周期最短為20ms，數(shù)據(jù)長度為4字節(jié)，可以和一般的串行通訊速率相匹配。

1.SEW編碼器光電編碼器原理

SEW編碼器光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，SEW編碼器光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。SEW編碼器光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號(hào)

根據(jù)檢測原理，SEW編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、式以及混合式三種。

1.1SEW編碼器增量式編碼器
SEW編碼器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海傭煞獎(jiǎng)愕嘏卸銑魴較潁鳽相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。SEW編碼器的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信息。

1.2式編碼器
SEW編碼器編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在SEW編碼器的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由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，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件；SEW編碼器當(dāng)碼盤處于不同位置時(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)。這種SEW編碼器的特點(diǎn)是不要計(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。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的編碼器產(chǎn)品。

SEW編碼器式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。SEW編碼器式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是：
1.2.1可以直接讀出角度坐標(biāo)的值；
1.2.2沒有累積誤差；
1.2.3電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。

1.3SEW編碼器混合式值編碼器
SEW編碼器混合式值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有信息功能；另一組則同增量式編碼器的輸出信息。

SEW編碼器光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。

2. SEW編碼器光電編碼器的應(yīng)用電路
2.1 EPC－755A光電編碼器的應(yīng)用
EPC－755A光電編碼器具備良好的使用性能，在角度測量、位移測量時(shí)抗干擾能力很強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被測量的數(shù)字信號(hào)。因此，我們?cè)谘兄破囻{駛模擬器時(shí)，對(duì)方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量選用EPC－755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路型，輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈，考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路，鑒相電路用1個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)與非門組成，計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成。

根據(jù)檢測原理，SEW編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、式以及混合式三種。

1.1增量式編碼器
SEW編碼器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海傭煞獎(jiǎng)愕嘏卸銑魴較潁鳽相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。SEW編碼器的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信息。

1.2SEW編碼器式編碼器
絕SEW編碼對(duì)編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在SEW編碼器的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由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，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(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)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(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。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的編碼器產(chǎn)品。

SEW編碼器式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。SEW編碼器式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是：
1.2.1可以直接讀出角度坐標(biāo)的值；
1.2.2沒有累積誤差；
1.2.3電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。

1.3SEW編碼器混合式值編碼器
SEW編碼器混合式值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有信息功能；另一組則同增