旋转式光电编码器的设计新方向

(2)电路部分：包括编码器主电路与输出电路。光敏二极管输出的信号电平较低，波形也不规则，为了进行控制、信息处理与远传，须经转换电路发大、整形。以前转换电路设计采用分立元件，零部件多、结构复杂、价贵。现在已有不少厂商如倍加福等将主电路集成到一片专用集成电路（asic）上，采用asic设计，不仅抗干扰、耐环境条件变化、提高检测精度与速度，而且由于零部件减少、结构紧凑简单，使绝对编码器的价格下降，据介绍，一般比老型号约降价20％多。输出电路形式有多种，metronix等公司设计了五种类型：集电极开路输出，电压输出，推挽式输出，线驱动输出，互补型输出。为了降低噪音干扰，提高输出的可靠性，可用推挽式或互补型输出；当需要长距离传输时，可用线驱动输出或互补型输出。在实际应用中，有点机器或生产线上需用几十台编码器连接成分布式控制，所以新型的编码器在电路部分还设计了设定编码器地址的开关，便于上位控制器随时、准确地向该编码器读取信息。
（3）机械部分：随着伺服电机转速的不断提高，编码器设计时一般均考虑能承受的最高转速，目前一般最高转速为6000r/min,而图尔克的编码器为12000r/min,凸显其轴与轴承散热设计的优化技术。一般编码器采用不锈钢轴和高精度的轴承，轴有实心、中空与贯穿型， 便于应对各种应用需求。编码器壳体一般采用高强度铝材（opkon公司采用氧极氧化铝）。
此外，在优化产品结构设计时，一般厂商还特别关注小型化、轻量化与密封性。例如轴端与输出电缆连接处是两个密封的薄弱环节，宣科（天津）公司在轴端采用高级油封，倍加福在电缆连接处的密封设计达到防护等级ip67。
第三，不断提高分辨率。在数控应用领域，提高编码器的分辨率一直是市场竞争的焦点。例如，日本fanuc公司精心设计的2ia编码器分辨率高达16000000p/r，这使伺服电机运动非常平滑，为伺服系统实现纳米插补功能的纳米控制创造了条件，所谓“纳米控制”是伺服系统检测分辨率为1m时，插补分辨率可以提高至1nm,这就能大大提高数控机床的加工精度。目前，提高分辨率的方法，一是加大码盘直径，增加光栅的条纹；二是由伺服驱动器内基于dsp的编码器接口电路对增量式编码器输出的a、b两路矩形波脉冲信号进行前沿和后沿的检测，以提高2倍或4倍分辨率；三是也可对增量式编码器输出的正弦信号进行电子内插，以较低的成本得到较高的分辨率。现在，美国gpi公司还专门设计了hr2a增量式编码器电子学细分模块，可获得1～20倍于编码器刻线的脉冲数，再经4倍频可获得80倍的脉冲数。
第四，多样化的信号传输与接口设计。绝对型编码器的输出可以是并行的，也可以是串行的。对于为数不多的绝对式光电编码器一般适用并行输出，这样接口电路简单，而且通信速率高。但平行输出需要多芯电缆比串行电缆贵，且传输距离受到限制，因此多位数、高精度的编码器多采用串行输出。可用于编码器的串行总线有专用总线与通用总线，专用总线与接口如一般编码器设计采用的ssi（同步串行接口）、biss(双向数字传感器接口)、drive-cliq(西门子专用)、endat(海德汉研发，倍加福、贝加莱、倍福等公司采用)、hiperfac e(香港博世力士乐等公司采用)。通用工业总线与接口，先前是rs-422/485,现在设计采用现场总线与实时以太网将成趋势，如倍加福、堡盟等公司设计的编码器采用了as-i、canopen、devic enet、profibus dp等现场总线和powerlink、profinet、ethercat等实时以太网。