SEW 编码器工作原理介绍及选型

一、SEW 编码器概述

SEW 编码器是一种集光、机、电为一体的数字检测装置，主要用于速度或位置（角度）的检测。它通过光电转换，将输至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字量。SEW 编码器具有精度高、响应快、抗干扰能力强、性能稳定可靠等显著优点。按结构形式，SEW 编码器可分为直线式编码器和旋转式编码器两种类型；从检测原理上，可分为光学式、磁式、感应式和电容式；根据刻度方法及信号输出形式，又可分为增量式、绝对值式以及混合式三种。

SEW 编码器在工业领域应用广泛，例如在自动化生产线上，可用于精确控制电机的转速和位置，确保生产过程的高效和稳定；在机器人运动控制中，能为机器人提供准确的位置反馈，使其完成各种复杂的动作。此外，它在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面也有重要应用。

二、SEW 编码器的结构组成

（一）光栅

光栅是 SEW 编码器的重要组成部分，光栅面上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期。SEW 编码器分别用两个光栅面感光，且这两个光栅面具有 90°的相位差，通过将该输出输入数字加减计算器，就能以分度值来表示角度。

（二）光源

发光器件一般是红外发光管，它为编码器的工作提供红外光。

（三）检读器

包括指示光栅和感光器件。指示光栅是一片固定不动的，但窗口条纹刻线同圆光栅条纹刻线相同的光栅片。感光器件是高频光敏元件，一般有硅光电池和光敏三极管，其作用是接收扫描光信号，并将光信号转变成电信号。

（四）信号转换电路

负责将感光器件输出的电信号进行处理和转换，使其能够满足控制系统或仪表的要求。

（五）机械传动部分

主要用于将外部的机械运动传递给光栅，使光栅产生相应的转动或位移。

三、SEW 编码器的工作原理

（一）基本工作原理

SEW 编码器由圆光栅和指示光栅组成一对扫描系统，在扫描系统的一侧投射一束红外光，在扫描系统的另一侧的感光器件就可以收到扫描光信号。当圆光栅转动时，SEW 编码器感光器件接收到的扫描光信号会发生变化，感光器件可以把光信号转变成电信号并输出给控制系统或仪表。例如，在电机控制系统中，电机转动带动圆光栅旋转，编码器通过检测光信号的变化，将电机的转速和位置信息转化为电信号，传输给控制器，控制器根据这些信号对电机进行精确控制。

（二）增量式编码器工作原理

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。当编码器转动时，它会输出一系列脉冲信号，通过计数设备对这些脉冲进行计数，就可以知道编码器的位置。不过，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。如果停电后编码器有移动，或者在来电工作时输出脉冲过程中受到干扰而丢失脉冲，计数设备记忆的零点就会偏移，导致位置测量不准确。为了解决这个问题，通常会增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。

（三）绝对值式编码器工作原理

绝对值式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此其示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。它由机械位置决定每个位置的**性，无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。所以，绝对值式编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高。例如，在一些高精度的定位系统中，绝对值式编码器能够准确地提供位置信息，不受停电、干扰等因素的影响。

四、SEW 编码器的信号输出形式

（一）电极开放输出（10.8V～26.4V）

这种输出形式适用于一些对电压要求在该范围内的控制系统，能够为系统提供稳定的电信号。

（二）PNP 型高电压集电极开放输出（10.8V～26.4V）

PNP 型输出在电路中具有特定的电气特性，常用于与 PNP 型电路相匹配的控制系统中。

（三）推拉（互补，推挽）输出（10.8V～26.4V）

推拉输出方式能够提供较强的驱动能力，适用于需要较大电流驱动的负载。

（四）长线驱动输出（4.75V～5.25V 和 10.8V～26.4V）

长线驱动输出可以有效地减少信号在传输过程中的衰减和干扰，适用于长距离信号传输的场合。

五、SEW 编码器的选型要点

（一）脉冲数（每转输出脉冲数 P / R）

脉冲数决定了编码器的分辨率，脉冲数越多，分辨率越高，能够更精确地测量位置和速度。例如，在需要高精度定位的场合，应选择脉冲数较高的编码器。

（二）信号输出形式

根据实际应用场景和控制系统的要求，选择合适的信号输出形式。如控制系统需要与 PNP 型电路匹配，则应选择 PNP 型高电压集电极开放输出的编码器；如果需要长距离传输信号，则应选择长线驱动输出的编码器。

（三）电源电压

电源电压分为低电压（5～12V）和高电压（12～24V），应根据实际使用的电源情况和编码器的要求进行选择。如果系统电源为低电压，则应选择低电压供电的编码器，以确保编码器正常工作。

（四）轴径（mm）

轴径的大小要与连接的设备相匹配，确保编码器能够正确安装和连接。如果轴径不匹配，可能会导致安装困难或影响编码器的正常运行。

（五）外型尺寸（mm）

外型尺寸需要考虑安装空间的限制，选择合适外型尺寸的编码器，以保证其能够顺利安装在设备中。例如，在空间有限的设备中，应选择外型尺寸较小的编码器。

六、SEW 编码器常见型号及应用案例

（一）常见型号

SEW 编码器常用型号有 EV2C、EV2R、EV2S、EV2T、ES1C、ES2C、ES1T、ES2T、ES1R、ES2R、ES1S、ES2S、EG7C、EG7S、EG7R、ES7R、EV7R、ES7C、EV7C、ES7S、EX7S、AS7Y 等。不同型号的编码器在性能、参数和应用场景上可能会有所差异。

（二）应用案例

1. 在自动化生产线上，某工厂使用 SEW 编码器 ES1T 来控制电机的转速和位置。通过编码器反馈的信号，控制系统能够精确地调整电机的运行状态，确保生产线的高效运行，提高了产品的生产质量和生产效率。
2. 在机器人运动控制中，选用 SEW 编码器 EG7S 为机器人的关节提供位置反馈。编码器能够准确地检测关节的转动角度，使机器人能够完成各种复杂的动作，如抓取、搬运等任务。

综上所述，SEW 编码器在工业领域具有重要的应用价值。了解其工作原理和选型要点，能够帮助我们正确选择和使用编码器，提高设备的性能和可靠性，满足不同应用场景的需求。在实际应用中，还需要根据具体情况进行综合考虑，选择最适合的编码器型号和参数。同时，随着科技的不断发展，SEW 编码器的性能也将不断提升，为工业自动化的发展提供更有力的支持。