增量型编码器信号输出及功能解析

增量型编码器信号输出及功能解析

增量型编码器通过输出特定电信号实现对转轴位置和运动状态的测量，其核心输出包括 正交信号（A 相和 B 相） 及辅助参考信号（Z 相）。以下从信号特性、功能实现及应用场景展开说明：


图为增量编码器的工作原理与输出波形示意图

增量型编码器核心输出信号：正交信号（A 相与 B 相）

信号特性
正交输出：A 相和 B 相为两路相位差 90° 的方波信号，形成 “正交编码”（Quadrature Encoding）。
单圈脉冲数（PPR）：编码器旋转一周时，A 相和 B 相各自输出的方波数量，如 PPR=600 表示每圈输出 600 个完整周期的 A 相和 B 相信号。光学式编码器可实现高 PPR（2500~10000），满足高精度测量需求。
方向判别原理
相位关系与旋转方向：
顺时针旋转：A 相信号超前 B 信号 90° 相位；
逆时针旋转：B 相信号超前 A 信号 90° 相位。
状态组合解码：通过检测 A 相边沿（上升沿 / 下降沿）对应的 B 相电平状态，可精确判断旋转方向：
当 A 相上升沿时 B 相为低电平，或 A 相下降沿时 B 相为高电平 → 顺时针转动；
当 A 相上升沿时 B 相为高电平，或 A 相下降沿时 B 相为低电平 → 逆时针转动。

增量型编码器信号应用：位置、方向与转速测量

位置与位移测量
通过计数器对 A/B 相脉冲进行累加或递减计数，计数器值对应转轴旋转量。例如：
单圈 PPR=600 时，每个脉冲代表 1/600 圈（0.6°）的旋转单位；
从状态 “00”（A=0，B=0）变化到 “01”（A=0，B=1），表示顺时针旋转 1/4 个单位（1/4×1/600 圈）。
转速测量
低速场景：直接测量方波周期（宽度），通过单位时间内的脉冲数计算转速（如 Hz 换算为 rpm）；
高速场景：利用固定时间间隔内的脉冲计数计算平均转速。需注意：当转速过高时，可能因信号处理延迟导致状态跳变漏检，引发方向误判或位置丢失。

增量型编码器辅助输出：Z 相（零位参考信号）

信号特性：每旋转一圈输出一个单周期方波，用于标定转轴的绝对位置参考点（如机械零点）。
典型应用：在位置控制系统中，通过 Z 相信号复位计数器或校准初始位置，避免累计误差对定位精度的影响。

增量型编码器单相输出的局限性与应用场景

若编码器仅输出单一信号（如 A 相或 B 相）：
功能限制：可通过脉冲频率测量转速，但 无法判断旋转方向；
适用场景：仅需转速或距离测量的场景（如传送带速度监测、运动距离累计），系统成本较低但功能单一。

增量型编码器的核心优势在于通过 A/B 相正交信号实现方向判别与高精度位置测量，Z 相辅助完成绝对位置校准，而单相输出则在简化需求下提供基础转速测量。实际应用中，需根据设备对精度、方向识别及成本的需求，选择合适的输出配置方案。

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