倍加福（P+F）編碼器是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的高精度傳感器，其核心工作原理基于光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過將機(jī)械位移（旋轉(zhuǎn)或直線）轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)位置、速度和方向的精確測(cè)量。以下是其工作原理的詳細(xì)解析：

 

 

 

  一、核心工作原理：光電碼盤與信號(hào)生成

1. 光電碼盤結(jié)構(gòu)  

   編碼器的核心是一個(gè)帶有光柵刻線的碼盤（或碼尺），刻線分為透光（通）和不透光（暗）區(qū)域。碼盤安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，兩側(cè)分別設(shè)置紅外光源（發(fā)射器件）和光敏接收器件（如光電二極管）。  

    材料類型：  

      玻璃碼盤：表面沉積納米級(jí)刻線，熱穩(wěn)定性好、精度高（適用于高精度場(chǎng)景）；  

      金屬碼盤：機(jī)械強(qiáng)度高、抗沖擊，但熱穩(wěn)定性較差；  

      塑料碼盤：成本低，但精度和壽命有限。

 

2. 信號(hào)生成過程  

   碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接收間斷的光信號(hào)，生成四組原始正弦波（A、B、C、D），相位各相差90°。  

    信號(hào)增強(qiáng)：C、D信號(hào)反向疊加到A、B相，提升信號(hào)穩(wěn)定性和抗干擾能力；  

    方向判定：A、B相信號(hào)相位差90°，通過比較兩者先后順序（A領(lǐng)先B或B領(lǐng)先A）判斷正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；  

    零位參考：每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖（零位信號(hào)），用于位置校準(zhǔn)。

 

 

 

二、關(guān)鍵組件與參數(shù)

1. 分辨率  

   指碼盤每旋轉(zhuǎn)360°產(chǎn)生的刻線數(shù)量（單位：PPR，脈沖/轉(zhuǎn)），范圍通常為 5~10,000線。分辨率越高，位置測(cè)量越精確。

 

2. 信號(hào)輸出類型  

   根據(jù)應(yīng)用需求，輸出信號(hào)可配置為多種形式：  

   | 輸出類型       | 特點(diǎn)                                                                 | 傳輸距離   |  

   ||||  

   | TTL（差分驅(qū)動(dòng)） | 對(duì)稱輸出（A/A?, B/B?, Z/Z?），抗干擾強(qiáng)                                  | 最遠(yuǎn)150米     |  

   | HTL（推挽式）   | 高電平電壓輸出（通常24V），適用于工業(yè)環(huán)境                                | 最遠(yuǎn)300米     |  

   | 集電極開路      | 需外接上拉電阻，兼容性強(qiáng)                                                | 中等距離       |  

   | 正弦波          | 需后續(xù)電路轉(zhuǎn)換為方波，適用于高精度插值                                  | 依電路設(shè)計(jì)而定 |  

   。

 

3. 連接方式與功能  

    單相連接：僅用A相，單向計(jì)數(shù)或測(cè)速；  

    A/B雙相連接：支持雙向計(jì)數(shù)、方向判別；  

    A/B/Z三相連接：帶零位修正的位置測(cè)量；  

    差分對(duì)稱連接（A/A?等）：抵消電磁干擾，適合長(zhǎng)距離傳輸。

 

 

 

三、增量式 vs. 絕對(duì)式編碼器

倍加福編碼器按工作原理分為兩類，適應(yīng)不同場(chǎng)景需求：  
 

 

 

類型	增量式編碼器	絕對(duì)式編碼器
工作原理	輸出脈沖序列，位置由脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)確定	每個(gè)位置對(duì)應(yīng)唯一二進(jìn)制碼（如格雷碼）
斷電影響	需依賴外部設(shè)備記憶位置，斷電后需重尋零位	斷電后位置信息不丟失，上電即用
分辨率	通過倍頻技術(shù)提升（如A/B相4倍頻）	單圈可達(dá)13位（8,192位置），多圈達(dá)25位
應(yīng)用場(chǎng)景	速度控制、短行程定位	高精度定位、需斷電記憶的場(chǎng)合（如機(jī)床）
信號(hào)輸出	A/B/Z脈沖	并行、串行（SSI）、總線（PROFIBUS, CAN）

 

 

 多圈絕對(duì)式編碼器：通過齒輪組將圈數(shù)轉(zhuǎn)化為附加編碼，支持最大4,096圈（12位）的測(cè)量范圍，無需機(jī)械復(fù)位。

 

 

 

四、抗干擾與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

1. 電氣隔離  

    采用DC/DC隔離電源和光電耦合器，阻斷電源噪聲傳導(dǎo)；  

    信號(hào)差分傳輸（如TTLRS422）抑制共模干擾。

 

2. 機(jī)械與安裝防護(hù)  

    編碼器外殼與電機(jī)軸絕緣，防止漏電流干擾；  

    使用雙絞屏蔽電纜吸收高頻電磁場(chǎng)。

 

3. 寬電壓與短路保護(hù)  

   支持9–30V寬電壓輸入，內(nèi)置電路過濾電源波動(dòng)，信號(hào)線短路不損壞器件。

 

 

 

 五、應(yīng)用場(chǎng)景與典型案例

 電機(jī)反饋系統(tǒng)：提供速度信號(hào)至變頻器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；  

 數(shù)控機(jī)床：多圈絕對(duì)編碼器用于轉(zhuǎn)臺(tái)角度定位，精度達(dá)角秒級(jí)；  

 太陽能跟蹤系統(tǒng)：磁性旋轉(zhuǎn)編碼器（如MNI40系列）檢測(cè)定日鏡水平旋轉(zhuǎn)，抗沙漠環(huán)境干擾；  

 直線位移測(cè)量：通過齒輪/絲杠將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)信號(hào)。

 

 

 

總結(jié)  

倍加福編碼器通過光電碼盤生成相位差90°的A/B相信號(hào)實(shí)現(xiàn)位移電信號(hào)轉(zhuǎn)換，結(jié)合Z相零位校準(zhǔn)，完成高精度位置檢測(cè)。其優(yōu)勢(shì)在于：  

1. 多材質(zhì)碼盤適配不同工況（玻璃高精度、金屬抗沖擊、塑料經(jīng)濟(jì)型）；  

2. 增量式與絕對(duì)式互補(bǔ)，覆蓋從速度控制到斷電記憶的全場(chǎng)景需求；  

3. 差分輸出與寬電壓設(shè)計(jì)保障工業(yè)環(huán)境下的抗干擾能力。  

作為工業(yè)自動(dòng)化的“位置感知核心”，倍加福編碼器在提升系統(tǒng)精度與可靠性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。