早期的編碼器主要是旋轉(zhuǎn)
變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器IP值高，能在一些比較惡劣的環(huán)境條件下工作，雖然因為對電磁干擾敏感以及解碼復雜等缺點而逐漸退出，但是時至今日，仍然有其特有的價值，比如作為混合動力汽車的速度反饋，幾乎是不可代替的，此外在環(huán)境惡劣的鋼鐵行業(yè)、水利水電行業(yè)，旋轉(zhuǎn)變壓器因為其防護等級高同樣獲得了廣泛的應用。隨著半導體技術的發(fā)展，后來便有霍爾傳感器和光電編碼器，霍爾傳感器精度不高但價格便宜，而且不能耐高溫，只適合用在一些低端場合，光電編碼器正是由于克服了前面兩種編碼器的缺點而產(chǎn)生，它精度高，抗干擾能力強，接口簡單使用方便因而獲得了最廣泛的應用。
多摩川
日本多摩川是編碼器的專業(yè)生產(chǎn)廠家，主要生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器以及增量式、絕對式編碼器。產(chǎn)品廣泛應用在
航天軍工、汽車制造、礦山設備、冶金、水利水電、船舶等各行各業(yè)。其在中國地區(qū)的總代理艾而特工業(yè)設備有限公司承擔其產(chǎn)品在中國大陸的銷售、服務、技術咨詢等責任。
下面以旋轉(zhuǎn)
變壓器、增量式編碼器、絕對式編碼器為例逐一進行介紹。
旋轉(zhuǎn)變壓器
簡稱旋變是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關系，或保持某一比例關系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關系。
按勵磁方式分，多摩川旋轉(zhuǎn)變壓器分BRT和BRX兩種，BRT是單相勵磁兩相輸出;BRX是雙相勵磁單相輸出。用戶往往選擇BRT型的旋變，因為它易于解碼。
使用旋變時一般要注意3個參數(shù):傳輸比，勵磁電壓，勵磁頻率。傳輸比是指輸出電壓和輸入電壓的比值，勵磁電壓就是初級繞組的輸入電壓，就多摩川的旋轉(zhuǎn)變壓器來說，允許勵磁電壓可以從3V-1.2倍額定電壓。
多摩川為自己的旋變開發(fā)了專門的解碼芯片AU6802N1，并且艾而特公司有現(xiàn)成的解碼板可供使用，解碼板支持10kHz勵磁頻率，0.5的傳輸比，可以同時提供增量式和絕對式信號輸出，增量式輸出1024C/T，采用長線輸出;絕對式輸出12位/T，輸出采用光電隔離，必要時可以根據(jù)客戶需要調(diào)整。轉(zhuǎn)換后的信號和編碼器無異。
增量式編碼器
每轉(zhuǎn)過一個單位，編碼器就輸出一個脈沖，故稱之為增量式;
多摩川的增量式編碼器輸出信號有長線輸出，開集輸出，電壓輸出，推拉互補輸出四種方式。機械結(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用場合。
多摩川編碼器型號眾多，目前主要用在電梯曳引機、門機、伺服馬達、數(shù)控設備等行業(yè)。
絕對式編碼器
以某一點為參考原點，數(shù)據(jù)線始終輸出編碼器軸的當前位置偏離原點的距離的數(shù)據(jù)信息，是稱絕對式編碼器。比如，一款10位BCD碼輸出的編碼器分辨率為360C/T，那么每個單位對應1°，如果軸偏離原點一個單位，也就是處在1°的位置，那么輸出00 0000 0001，如果偏離50°，也就是在50°的位置， 那么輸出就是00 0101 0000。絕對式編碼器總是輸出當前位置信息。由于這樣的特點，絕對式編碼器非常適合應用在跑軌跡的場合。
多摩川絕對式編碼器型號齊全，從輸出信號的編碼方式來分類的話，有BCD碼、GRAY碼和純2進制碼(PB)輸出;從輸出方式來劃分的話并行輸出和串行輸出；從分辨率來劃分的話有從8位到36位不等。用戶可以根據(jù)自己的需要進行選擇。
此外絕對式編碼器還有單回轉(zhuǎn)和多回轉(zhuǎn)之分，多回轉(zhuǎn)計圈數(shù)而單回轉(zhuǎn)不計圈數(shù)，多摩川絕對式編碼器單回轉(zhuǎn)最多可以作到20位，多回轉(zhuǎn)16位。輸出信號采用串行傳送，經(jīng)專用芯片轉(zhuǎn)換后變?yōu)椴⑿休敵鲂盘枺梢灾苯铀徒oDSP、MCU、FPGA等進行處理。
輸出電路接口
對于分辨率不是很高的絕對式編碼器來講，一般適合采用并行輸出，這樣接口電路簡單，而且通信速率高。采用并行輸出的編碼器輸出回路主要有集電極開路（如圖1所示）和射極跟隨（如圖2示）兩種方式。集電極開路輸出模式用戶端需要加接上拉電阻，如圖1中虛線所示；射極跟隨模式下，則應加下拉電阻，如圖2中虛線所示。
輸出數(shù)據(jù)線對應從1、2、22…2?的數(shù)據(jù)位，用戶只需從數(shù)據(jù)
總線直接讀取編碼器數(shù)據(jù)即可。
并行輸出因為占用的數(shù)據(jù)線太多只被低分辨率的編碼器采用，而高精度的編碼器多不采用并行輸出，而一般采用串行輸出，以節(jié)省輸出線。多摩川提供專用串并行轉(zhuǎn)換芯片，用戶可依照通信協(xié)議對其進行編程，將串行輸出的編碼器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行輸出，用戶從轉(zhuǎn)換芯片的輸出端讀取編碼器位置數(shù)據(jù)。
多摩川公司的轉(zhuǎn)換芯片有AU5561和AU5688兩款，可以支持所有多摩川生產(chǎn)的串行輸出的絕對式編碼器的解碼。
圖3所示是編碼器和AU5561轉(zhuǎn)換芯片之間的接口電路，串行輸出的絕對式編碼器內(nèi)部多采用ADM485或類似芯片作為輸出，因此在用戶端的解碼板上需要采用和ADM485兼容的芯片，作為與轉(zhuǎn)換芯片的中間接口電路。圖4是整個的系統(tǒng)接口電路圖，從圖中可以看出，芯片共可輸出40位，用戶可以根據(jù)自己的CPU選擇通訊模式， 16位、32位單片機或DSP模式。用戶可以從用戶數(shù)據(jù)總線上讀取編碼器數(shù)據(jù)。該芯片可以作為TS5647、TS5648、TS5667、TS5668、TS5669等型號的絕對式編碼器轉(zhuǎn)換用。采用該電路，波特率為2.5MB/S。比較適合在高速實時控制場合使用。
圖3
圖4
圖5所示是另一款轉(zhuǎn)換芯片AU5688轉(zhuǎn)換芯片的時針電路，R1為1MΩ，C1、C2為10pF，晶振頻率8MHz。
圖5
該型編碼器采用26LS31芯片作為輸出級，因此在用戶端的解碼板上需要采用和26LS31對應的芯片，比如26LS32作為與轉(zhuǎn)換芯片的中間接口電路。芯片共可輸出16位數(shù)據(jù)線，低12位是單回轉(zhuǎn)，高4位是多回轉(zhuǎn)。 用戶可以從用戶數(shù)據(jù)總線上讀取編碼器數(shù)據(jù)。采用該電路，波特率為2.5Mbps。
圖6是TS5643N50等
編碼器和轉(zhuǎn)換芯片之間的接口電路。用戶可以通過自己的CPU等控制器下發(fā)請求信號，編碼器的輸出數(shù)據(jù)通過26LS32送解碼芯片轉(zhuǎn)換后再經(jīng)過AU5688轉(zhuǎn)換為并行輸出的數(shù)據(jù)，供用戶讀取。
圖6
圖7是TS5643N353等編碼器和轉(zhuǎn)換芯片之間的接口電路。編碼器信號的進出都經(jīng)過AU5688芯片，輸出數(shù)據(jù)都是16位， 12位單回轉(zhuǎn)，4位多回轉(zhuǎn)。
圖7
此外， 在通訊協(xié)議上，多摩川提供了比較完備的接口協(xié)議和用戶通訊，具體內(nèi)容不在此一一介紹， 有興趣的讀者朋友可以來電索取資料或咨詢。
絕對式編碼器的應用特點
旋轉(zhuǎn)
增量式編碼器轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過CPU計數(shù)來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，否則計數(shù)設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有報錯后才能知道。
比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到傳動馬達響聲，這就是CPU在找參考零點，然后才工作。
這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零(開機后就要知道準確位置)，于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。
絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道馬達位置，什么時候就去讀取它的位置， 不需要像
增量式編碼器那樣去計算。甚至編碼器帶有備用電池這樣，斷電后編碼器也能記憶斷電前的位置信息，大大的提高了使用絕對式編碼器的安全性和可靠性。
由于絕對編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應用于工控定位中。其中最主要的就是應用在高精度的數(shù)控機床和伺服系統(tǒng)里面。在西方比較發(fā)達的國家，運動控制比較側(cè)重于軌跡控制，如果采用絕對式編碼器無疑將為控制提供更方便的位置信息。
結(jié)語
目前，多摩川已經(jīng)推出最高達到36位的絕對式編碼器，其中單回轉(zhuǎn)20位，多回轉(zhuǎn)16位。最大響應頻率可以達到52MHz。可以真正實現(xiàn)高速高精度實時控制。
此外，在有些大功率的伺服馬達上，由于初始化時用普通
增量式編碼器測位置誤差較大，所以適合用絕對值加增量式編碼器找磁極位置角，這樣可以大大的提高其輸出力矩，目前多摩川也已經(jīng)推出混合式編碼器。其增量式輸出A、B、Z三相，絕對植輸出24位，11單回轉(zhuǎn)，13位多回轉(zhuǎn)，能極大的提高伺服馬達初始化時的定位精度。同時對位置控制和速度計算也都極為方便。(e
