倍加福（P+F）编码器是工业自动化领域广泛应用的高精度传感器，其核心工作原理基于光电转换技术，通过将机械位移（旋转或直线）转化为数字信号，实现位置、速度和方向的精确测量。以下是其工作原理的详细解析：

 

 

 

  一、核心工作原理：光电码盘与信号生成

1. 光电码盘结构  

   编码器的核心是一个带有光栅刻线的码盘（或码尺），刻线分为透光（通）和不透光（暗）区域。码盘安装在旋转轴上，两侧分别设置红外光源（发射器件）和光敏接收器件（如光电二极管）。  

    材料类型：  

      玻璃码盘：表面沉积纳米级刻线，热稳定性好、精度高（适用于高精度场景）；  

      金属码盘：机械强度高、抗冲击，但热稳定性较差；  

      塑料码盘：成本低，但精度和寿命有限。

 

2. 信号生成过程  

   码盘旋转时，光敏元件接收间断的光信号，生成四组原始正弦波（A、B、C、D），相位各相差90°。  

    信号增强：C、D信号反向叠加到A、B相，提升信号稳定性和抗干扰能力；  

    方向判定：A、B相信号相位差90°，通过比较两者先后顺序（A领先B或B领先A）判断正转或反转；  

    零位参考：每转输出一个Z相脉冲（零位信号），用于位置校准。

 

 

 

二、关键组件与参数

1. 分辨率  

   指码盘每旋转360°产生的刻线数量（单位：PPR，脉冲/转），范围通常为 5~10,000线。分辨率越高，位置测量越精确。

 

2. 信号输出类型  

   根据应用需求，输出信号可配置为多种形式：  

   | 输出类型       | 特点                                                                 | 传输距离   |  

   ||||  

   | TTL（差分驱动） | 对称输出（A/A⁻, B/B⁻, Z/Z⁻），抗干扰强                                  | 最远150米     |  

   | HTL（推挽式）   | 高电平电压输出（通常24V），适用于工业环境                                | 最远300米     |  

   | 集电极开路      | 需外接上拉电阻，兼容性强                                                | 中等距离       |  

   | 正弦波          | 需后续电路转换为方波，适用于高精度插值                                  | 依电路设计而定 |  

   。

 

3. 连接方式与功能  

    单相连接：仅用A相，单向计数或测速；  

    A/B双相连接：支持双向计数、方向判别；  

    A/B/Z三相连接：带零位修正的位置测量；  

    差分对称连接（A/A⁻等）：抵消电磁干扰，适合长距离传输。

 

 

 

三、增量式 vs. 绝对式编码器

倍加福编码器按工作原理分为两类，适应不同场景需求：  
 

 

 

类型	增量式编码器	绝对式编码器
工作原理	输出脉冲序列，位置由脉冲累计计数确定	每个位置对应唯一二进制码（如格雷码）
断电影响	需依赖外部设备记忆位置，断电后需重寻零位	断电后位置信息不丢失，上电即用
分辨率	通过倍频技术提升（如A/B相4倍频）	单圈可达13位（8,192位置），多圈达25位
应用场景	速度控制、短行程定位	高精度定位、需断电记忆的场合（如机床）
信号输出	A/B/Z脉冲	并行、串行（SSI）、总线（PROFIBUS, CAN）

 

 

 多圈绝对式编码器：通过齿轮组将圈数转化为附加编码，支持最大4,096圈（12位）的测量范围，无需机械复位。

 

 

 

四、抗干扰与稳定性设计

1. 电气隔离  

    采用DC/DC隔离电源和光电耦合器，阻断电源噪声传导；  

    信号差分传输（如TTLRS422）抑制共模干扰。

 

2. 机械与安装防护  

    编码器外壳与电机轴绝缘，防止漏电流干扰；  

    使用双绞屏蔽电缆吸收高频电磁场。

 

3. 宽电压与短路保护  

   支持9–30V宽电压输入，内置电路过滤电源波动，信号线短路不损坏器件。

 

 

 

 五、应用场景与典型案例

 电机反馈系统：提供速度信号至变频器，实现闭环控制；  

 数控机床：多圈绝对编码器用于转台角度定位，精度达角秒级；  

 太阳能跟踪系统：磁性旋转编码器（如MNI40系列）检测定日镜水平旋转，抗沙漠环境干扰；  

 直线位移测量：通过齿轮/丝杠将直线运动转化为旋转信号。

 

 

 

总结  

倍加福编码器通过光电码盘生成相位差90°的A/B相信号实现位移电信号转换，结合Z相零位校准，完成高精度位置检测。其优势在于：  

1. 多材质码盘适配不同工况（玻璃高精度、金属抗冲击、塑料经济型）；  

2. 增量式与绝对式互补，覆盖从速度控制到断电记忆的全场景需求；  

3. 差分输出与宽电压设计保障工业环境下的抗干扰能力。  

作为工业自动化的“位置感知核心”，倍加福编码器在提升系统精度与可靠性方面发挥着关键作用。