編碼器是什麼？完整介紹編碼器原理、種類規格與6大產業用途！

那麼編碼器是什麼？

不同編碼器原理與種類又該如何區分？

這篇文章將介紹旋轉編碼器、增量型編碼器與機構式編碼器的運作方式，並說明常見產業用途、規格選型重點，以及 3C、音頻、家電與車載控制介面在選擇編碼器時需要注意的項目。

Encoder 一詞來自英文「encode」，具有「編碼」的意思。在機械控制中，就是把旋轉角度、移動距離等物理變化，轉換為脈衝、數位代碼或通訊訊號，讓 PLC、驅動器或控制器能判讀設備目前的動作狀態。

換句話說，編碼器就像連接機械與電子控制系統的橋樑，將設備的實際動作轉換成控制系統可以處理的訊號。

在馬達控制與機械自動化系統中，編碼器主要負責提供位置與動作回饋。控制器收到編碼器訊號後，可以比對設備的實際狀態與設定值，判斷是否出現位置偏移、速度誤差或動作異常，再依控制邏輯進行修正。

編碼器常搭配馬達、驅動器與 PLC 組成閉迴路控制系統，應用於伺服馬達、CNC 工具機、工業機器手臂、輸送設備與自動化產線，協助設備判斷轉軸、滑軌與各類運動機構的即時狀態。

編碼器原理的核心，是將機械設備的旋轉角度或直線位移轉換成電氣訊號，再交由 PLC、驅動器或控制器判讀。系統取得訊號後，可計算設備的位置、速度、移動距離與方向，作為動作控制與誤差修正的依據。

依偵測的運動型態，可分為偵測旋轉角度的旋轉編碼器（Rotary Encoder），以及偵測滑軌、平台等直線位移的線性編碼器（Linear Encoder）。兩者機構不同，但基本運作邏輯都是將機械位移轉換成可讀取的

電氣訊號。

編碼器會透過內部感測元件偵測位置變化，再轉換成脈衝、數位代碼或其他電氣訊號。依產品設計不同，可採用光學、磁性、電容、感應或機械接點等方式偵測位移。

不同感測技術在結構、解析度與使用條件上各有差異，相關分類會在後續章節說明。

編碼器產生訊號後，會傳送至 PLC、驅動器或其他控制器。控制器可依訊號變化次數、頻率、時間間隔或位置代碼，判斷設備目前的位置與運動狀態。

以旋轉設備為例，可根據訊號變化計算轉軸移動角度、轉速與方向；在線性機構中，則可換算滑軌或工作平台實際移動的距離。

在閉迴路控制系統中，編碼器負責回報設備的實際狀態，控制器再與設定值進行比較。若出現位置或速度誤差，系統可依控制邏輯調整馬達或機構動作。

編碼器的種類可依不同規格與用途分類，常見可從訊號輸出邏輯、物理感測技術、機械運動形式與安裝結構 4 個面向區分。不同類型在訊號判讀、量測方式與安裝條件上

各有差異：

依位置資訊的輸出方式，編碼器主要可分為增量型編碼器與絕對型編碼器。兩者主要差別在於位置是透過脈衝累積計算，還是直接讀取當下的位置資訊。

編碼器可利用不同物理方式偵測位置變化，再將結果轉換為電氣訊號。

若依設備實際的運動形式區分，可分為旋轉編碼器與線性編碼器。前者對應旋轉軸，後者則用於直線移動機構。

旋轉編碼器還可依軸心結構分為實心軸與中空編碼器，主要差別在於與設備轉軸的連接方式及安裝空間。

機構式旋轉編碼器（Mechanical Rotary Encoder）主要透過機械接點產生訊號，常用於音響、家電、3C 產品與車載控制介面。這類編碼器結構簡單、成本較低，也能結合段落手感與按壓開關，適合音量調整、選單切換與功能設定等低速操作。

機構式旋轉編碼器也稱為機械式或機械接觸式編碼器。與利用光線或磁場偵測位置的非接觸式編碼器不同，它主要透過刷片、接點與導電軌道之間的接觸變化感測旋鈕轉動。

由於內部存在實體接觸，使用時間與旋轉次數增加後會產生磨耗，較適合人手旋轉等低速操作，不適合高速馬達的連續位置回饋。

機構式編碼器內部通常由旋轉部件、導電軌道與接觸刷片組成。旋鈕轉動時，刷片會沿著不同導電區域移動，使電路反覆導通與斷開，將旋轉動作轉換成 ON／OFF 脈衝訊號。

常見增量型機構式編碼器會利用 A、B 相輸出轉動方向與操作量，控制系統再將訊號轉換成音量增減、選單移動或參數調整等指令。

由於訊號來自實體接點，接觸瞬間可能出現訊號抖動（Bounce），造成控制器將一次操作誤判為多次輸入，因此電路或軟體端通常需要進行去抖動（Debounce）處理。

增量型編碼器（Incremental Encoder）主要透過連續脈衝反映設備的相對位置變化。控制器可依脈衝數量、頻率與訊號相位，計算移動量、速度及旋轉方向。

增量型編碼器在轉軸旋轉或機構移動時，會持續輸出與位移量對應的脈衝訊號，控制器再透過累積脈衝數量計算設備移動多少距離或角度。

其解析度常以每轉脈衝數表示，例如 PPR（Pulses Per Revolution）。PPR 越高，代表旋轉一圈能取得更多訊號變化，可辨識較細的位移。

與絕對型編碼器不同，增量型輸出的是「移動了多少」，而不是直接提供目前的絕對位置，因此定位系統通常需要先建立位置基準。

增量型旋轉編碼器常見 A、B、Z 三組訊號，其中 A、B 相主要負責位移、速度與方向判讀，Z 相則提供固定的參考位置。

A、B 相屬於正交訊號，控制器可透過兩組訊號的相位先後判斷正轉或反轉。實際哪一相領先，需依編碼器規格、觀看方向與接線定義判斷。

增量型編碼器的優勢主要集中在成本、結構與速度量測：

• • 成本較低：訊號架構相對單純，通常較容易控制零件成本。

• • 結構簡單：訊號判讀方式成熟，容易與不同控制設計搭配。

• • 適合速度量測：可依脈衝頻率換算馬達或轉軸速度。

• • 可判斷旋轉方向：透過 A、B 相的訊號先後順序判斷正反轉。

• • 規格選擇多：可依設備或操作介面的需求選擇不同脈衝數。

增量型編碼器最大的限制，是本身無法直接提供斷電前的絕對位置。

• • 斷電後無法直接確認位置：若控制系統失去原有計數，無法單靠增量訊號得知目前的絕對位置。

• • 部分設備需要重新回原點：定位系統重新啟動後，可能需要重新建立位置基準。

• • 需注意訊號判讀：若出現漏計、誤計或接點抖動，可能造成操作或位置判讀錯誤。

若設備重新開機後必須立即取得絕對位置，則需評估其他位置感測方式是否較符合需求。

挑選編碼器時，除了確認種類，也要同步評估設備用途、速度需求、脈衝與段落規格，以及機構安裝條件。若應用在 3C、音響、家電或車載控制介面，旋轉手感、尺寸與按壓功能也是重要規格。

以下可從 4 個指標進行評估：

選型前可先確認編碼器實際負責的功能：

• • 位置回饋：確認設備需要相對位置或絕對位置資訊。

• • 速度量測：確認轉速範圍與脈衝輸出需求。

• • 旋鈕操作：若用於音響、3C 或家電，需要確認使用者如何旋轉、切換與按壓。

• • 安裝條件：確認 PCB、面板、旋鈕與內部機構可使用的空間。

先定義使用情境，再選擇編碼器類型與規格，會比單純比較解析度更容易找到合適產品。

若編碼器用於馬達或高速轉軸，解析度越高、轉速越快，單位時間產生的脈衝數也越多。超過編碼器或控制器可以處理的頻率，就可能出現漏脈衝。

增量型編碼器可先利用以下方式估算：

輸出頻率（Hz）＝ 馬達轉速（RPM）÷ 60 × 每轉脈衝數（PPR）

例如馬達最高轉速為 3,000 RPM，搭配 2,000 PPR 編碼器，基本脈衝頻率約為 100 kHz。

選型時需確認：

• • 編碼器最高響應頻率

  • 設備最高運轉速度

  • 控制端可處理的訊號頻率

若主要應用在人手操作的 3C 或音響旋鈕，則通常更需要關注脈衝數、段落數與旋轉手感。

應用在音響、3C、家電與控制面板時，編碼器不只是訊號元件，也會直接影響使用者操作感受。

• • 脈衝數：決定旋轉一圈產生多少電氣訊號，可依音量、選單或參數調整幅度選擇。

• • 段落數：決定旋鈕一圈具有多少格段落手感。

• • 旋轉扭力：影響旋鈕轉動時的輕重程度。

• • 按壓開關：部分旋轉編碼器可整合 Push Switch，讓旋轉與按壓功能集中在同一個操作元件。

• • 軸長與尺寸：需配合旋鈕、面板厚度、PCB 與產品內部空間。

機械結構會影響編碼器是否能順利裝入產品，也會關係到長期使用後的穩定性。

• • 軸型：依設備結構選擇實心軸、中空軸或其他軸型設計。

  • 安裝尺寸：確認本體高度、軸徑、軸長與固定孔位。

• • 同心度：與馬達或轉軸連接時，需避免明顯偏心造成額外負荷。

• • 軸負載：若編碼器承受外力，需確認徑向與軸向容許負載。

• • 耐久次數：操作旋鈕應依產品預期使用頻率，確認旋轉與按壓壽命。

若是 3C、音頻或家電產品，除了電氣規格，也應把操作手感、尺寸、安裝結構與耐久需求一起納入選型。

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