光电与旋变编码器的区别

光电编码器与旋转变压器的区别
一、 旋转变压器
优点：
1、结构简单，坚固耐用，维护方便，非接触式结构，定子和转子分开安装；
2、对机械和电气噪音不敏感，抗干扰能力好，具有很高的可靠性；
3、高速性能优秀，可配置到60000rpm的电机上；
4、绝对值零点位置，电机旋转一圈产出一个正余弦波；
5、能应用在各种恶劣环境中，具有防尘、防油、防敲击等特点。

旋转变压器是自动控制装置中的一类精密控制微电机。

从物理本质看，可以认为是一种可以旋转的变压器，这种变压器的原、副边绕组分别放置在定子和转子上。

当旋转变压器的原边施加交流电压励磁时，其副边输出电压将与转子的转角保持某种严格的函数关系，从而实现角度的检测、解算或传输等功能。

注：最大的应用在主轴定位中，因为绝对值零点位置，主轴定位时不再像光电编码器要寻找到Z相信号再执行定位，也不会出现因Z相受到干扰造成主轴定位不准的问题。

装旋转变压器的主轴电机，主轴定位速度快，定位精度高。

缺点：低速响应不理想，低速性能稍差；精度不高，分辨率只有1024。

旋转变压器角度位置伺服控制系统
S2
S1
S4
S3S2
S1
S4S3XB
变速齿轮
上图是一个比较典型的角度位置伺服控制系统框图
永磁交流同步伺服电动机速度控制系统框图
B A 旋转变压器的结构
根据转子电信号引进、引出的方式，分为有刷旋转变压器和无刷旋转变压器。

在有刷旋转变压器中，定、转子上都有绕组。

转子绕组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。

由于有刷结构的存在，使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。

因此目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，我们着重于介绍无刷旋转变压器。

目前无刷旋转变压器有三种结构形式。

1）环形变压器式旋转变压器
图1示出环形变压器式无刷旋转变压器的结构。

这种结构很好地实现了无刷、无接触。

图中右侧部分是典型的旋转变压器的定、转子，在结构上和有刷旋转变压器一样的定、转子绕组，作信号变换。

左侧是环形变压器。

它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。

转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出 由环形变压器完成。

A—普通旋转变压器 B—环形变压器 图1无刷式旋转变压器结构示意
2）磁阻式旋转变压器
图2是一个10对极的磁阻式旋转变压器的示意图。

磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。

但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。

两相绕组的输出信号，仍然应该是随转角作正弦变化、彼此相差90°电角度的电信号。

转子磁极形状作特殊设计，使得气隙磁场近似于正弦形。

转子形状的设计也必须满足所要求的极数。

可以看出，转子的形状决定了极对数和气隙磁场的形状。

磁阻式旋转变压器一般都做成分装式，不组合在一起，以分装形式提供给用户，由用户自己组装配合。

a)b)c)
d)
图2 磁阻式旋转变压器结构示意
3）多极旋转变压器
图3多极旋转变压器的结构示意图。

图3 a)、b) 是共磁路结构，粗、精机定、转子绕组公用一套铁心。

所谓粗机，是指单对磁极的旋转变压器，它的精度低，所以称为粗机；精机是指多对极的旋转变压器，由于精度高，多对磁极的旋转变压器称为精机。

其中图3a) 表示的是旋转变压器的定子和转子组装成一体，由机壳、端盖和轴承将它们连在一起。

称为组装式，图3b) 的定转子是分开的，称为分装式。

图3c)、d) 是分磁路结构，粗、精机定、转子绕组各有自己的铁心。

其中图4c)、d)都是组装式，只是粗、精机位置安放的形式不一样，图3c) 的粗、精机平行放置，图3d) 粗、精机是垂直放置，粗机在内腔。

另外，很多时候也有单独的多极旋转变压器。

应用时，若仍需要单对极的旋转变压器，则另外配置。

共磁路 分磁路
a)组装式 b)分装式 c)粗精平行放置 d)粗精垂直放置
图3多极旋转变压器结构示意
对于多极旋转变压器，一般都必须和单极旋转变压器组成统一的系统。

在旋转变压器的设计中，如果单极旋转变压器和多极旋转变压器设计在同一套定、转子铁心中，而分别有自己的单极绕组和多极绕组。

这种结构的旋转变压器称为双通道旋转变压器。

如果单极旋转变压器和多极旋转变压器都是单独设计，都有自己的定、转子铁心。

这种结构的旋转变压器称为单通道旋转变压器。

优点：响应性好，可根据设备的精度要求选择不同分辨率的编码器。

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。

这是目前应用最多的传感器，光电编码器的工作原理如图所示，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。

当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲。

此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号
缺点：对防尘、防油和防敲击等恶劣环境下的实用性不理想，而因为Z相是一个方波信号，容易受到干扰而导致出现定位不准的情况。

光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的，从50 年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广。

近年来更取得长足的发展，在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。

光电编码器按编码方式分为二类：增量式与绝对式。

1）增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相，A、B两组脉冲相位差90&ordm，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一圈输出一个脉冲，用于基准点定位。

编码器转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置和转速。

当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。

这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。

注：轴的每转动一周，增量型编码器提供一定数量的脉冲。

周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。

如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。

双通道编码器输出脉冲A、B 之间相差为90º，能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实现双向的定位控制；另外，三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲（Z）。

2）绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数。

绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。

这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控定位中。

增量编码器与绝对编码的区别
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。

绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。