2022年编码器知识 .pdf

旋转编码器的工作原理对于工业控制中的定位问题，一般采用接近开关、 光电开关等装置。 随着工控的不断发展，出现了旋转编码器，其特点是：1、信息化：除了定位，控制室还可知道其具体位置；2、柔性化：定位可以在控制室柔性调整；3、安装方便和安全、使用寿命长。一个旋转编码器， 可以测量从几个微米到几十几百米的距离。多个工位， 只要选用一个旋转编码器， 就可以避免使用多各接近开关、光电开关， 解决现场机械安装麻烦，容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘，无机械损耗，只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。4、多功能化：除了定位，还可以远传当前位置，换算运动速度，对于变频器，步进电机等的应用尤为重要。5、经济化：对于多个控制工位，只需一个旋转编码器，安装、维护、损耗成本降低，使用寿命增长。鉴于以上优点，旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。编码器（ encoder）是将物理信号编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号的一种设备。应用于速度控制或位置控制系统的检测元件。编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘， 后者称码尺。旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数 （几十个到几千个都有） ，和供电电压等。 单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90 度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。增量型编码器(旋转型 ) 工作原理 : 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、 暗的刻线， 有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差 90 度相位差（相对于一个周波为 360 度），将 C、D 信号反向，叠加在A、B 两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z 相脉冲以代表零位参考位。由于 A、B 两相相差 90 度，可通过比较 A 相在前还是 B 相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - - 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好， 精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度， 精度就有限制， 其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率 编码器以每旋转 360 度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000 线。信号输出 : 信号输出有正弦波 （电流或电压） ,方波（TTL、 HTL） ,集电极开路（PNP、 NPN） ,推拉式多种形式，其中TTL 为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z- ）,HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接 编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机， PLC 和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A.B 两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z 三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为 0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于 TTL 的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150 米。对于 HTL 的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300 米。1、按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。2、按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。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。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 21 页 - - - - - - - - - 旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置， 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。这样，当停电后， 编码器不能有任何的移动， 当来电工作时， 编码器输出脉冲过程中， 也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点， 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。 在参考点以前， 是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。比如，打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理，每次开机， 我们都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零 （开机后就要知道准确位置），于是就有了绝对编码器的出现。绝对型旋转光电编码器， 因其每一个位置绝对唯一、 抗干扰、 无需掉电记忆， 已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。绝对编码器光码盘上有许多道刻线， 每道刻线依次以 2 线、 4 线、 8 线、 16 线。 。 。 。 。 。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2 的零次方到 2 的 n-1 次方的唯一的 2 进制编码（格雷码） ，这就称为 n 位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，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。 这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控定位中。 绝对型编码器因其高精度， 输出位数较多， 如仍用并行输出， 其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离， 连接电缆芯数多， 由此带来诸多不便和降低可靠性，因此，绝对编码器在多位数输出型，一般均选用串行输出或总线型输出， 德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI（同步串行输出）。3、单圈绝对式编码器和多圈绝对式编码器旋转单圈绝对式编码器， 以转动中测量光码盘各道刻线，以获取唯一的编码， 当转动超过 360 度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码器只能用于旋转范围360 度以内的测量，称为单圈绝对式编码器。如果要测量旋转超过360 度范围，就要用到多圈绝对式编码器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 21 页 - - - - - - - - - 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时， 通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围， 这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多， 这样在安装时不必要费劲找零点， 将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。多圈式绝对编码器在长度定位方面的优势明显，已经越来越多地应用于工控定位中。4、绝对型旋转编码器的机械安装使用：绝对型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、 辅助机械装置安装等多种形式。1）高速端安装：安装于动力马达转轴端（或齿轮连接），此方法优点是分辨率高，由于多圈编码器有4096 圈，马达转动圈数在此量程范围内，可充分用足量程而提高分辨率， 缺点是运动物体通过减速齿轮后，来回程有齿轮间隙误差， 一般用于单向高精度控制定位， 例如轧钢的辊缝控制。 另外编码器直接安装于高速端，马达抖动须较小，不然易损坏编码器。2）低速端安装：安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端， 此方法已无齿轮来回程间隙，测量较直接， 精度较高， 此方法一般测量长距离定位，例如各种提升设备，送料小车定位等。3）辅助机械安装：常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。5、光学编码器功能特点采用反射式感应技术表面贴装无引脚封装提供两通道模拟信号输出计数频率： 20 KHz 采单一 5.0V 电源运作工作温度： -10 到 70oC 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - - 编码分辨率： 180 LPI 符合 RoHS 环保标准要求编码器原理与应用简介位置检测装置作为传动控制的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与控制装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了提高机械装置的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以旋转编码器，线性编码器（光栅尺、磁栅尺），旋转变压器，测速发电机等比较普遍，其中编码器是各类机械最常用的检测装置之一，用编码器作为信号检测的方法，已经广泛用于数控机床、纺织机械、冶金机械、石油机械、矿山机械、印刷包装机械、塑料机械、试验机、电梯、伺服电机、航空、仪器仪表等工业自动化领域。编码器种类繁多，不同的行业用户对编码器的参数、规格要求各不相同。编码器以读出方式来分，有接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1” 还是“0” ；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1” 还是“0” 。编码器以检测原理来分，有光学式、磁式、感应式和电容式。编码器以测量方式来分，有直线型编码器（光栅尺、磁栅尺），旋转型编码器。编码器以信号原理（刻度方法及信号输出形式）来分，有增量型编码器，绝对型编码器和混合式三种。一、增量型编码器（旋转型）1 、工作原理：光学编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，当圆盘旋转一个节距时，在发光元件照射下，光敏元件得到A，B 信号为具有90 度相位差的正弦波，这组信号经放大器放大与整形，得到的输出方波， A 相比 B 相导前 90 度，其电压幅值一般为5V 。设 A 相导前 B 相时为正方向旋转，则B 相导前 A 相时即为负方向旋转，利用 A 相与 B 相的相位关系可以判别编码器的的正转与反转，C 相产生的脉冲为基准脉冲，又称零点脉冲，它是轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲，可获得编码器的零位参考位。AB 相脉冲信号经频率电压变换后，得到与转轴转速成比例的电压信号，便可测得速度值及位移量。磁性编码器是近年发展起来的一种新型电磁敏感元件，它是随着光学编码器的发展而发展起来的。光学编码器的主要优点是对潮湿气体和污染敏感，但可靠性差，而磁性编码器不易受尘埃和结露影响，同时其结构简单紧凑，可高速运转，响应速度快（达500 700kHz），体积比光学式编码器小，而成本更低，且易将多个元件精确地排列组合，比用光学元件和半导体磁敏元件更容易构成新功能器件和多功能器件。在高速度、高精度、小型化、长寿命的要求下，在激烈的市场竞争中，磁性编码器以其突出特点而独具优势，成为发展高技术产品的关键之一。磁性编码器原理是通过磁力形成脉冲列，产生信号， 其特征为将未硫化的橡胶中混合稀土类磁性粉末形成磁性橡胶坯子，硫化粘附在加强环（1 ）上，形成磁性橡胶环（2 ），在该磁性橡胶环上以圆周状交替着名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - - 磁，产生 S 极和 N 极。同时采用新型的SMR（磁敏电阻）或霍尔效应传感器作为敏感元件，信号稳定、可靠。此外，采用双层布线工艺，还能使磁性编码器不仅具有一般编码器仅有的增量信号及增量信号和指数信号输出， 还具有绝对信号输出功能。所以，尽管目前约占90% 的编码器均为光学编码器，但毫无疑问，在未来的运动控制系统中，磁性编码器的用量将逐渐增多。2、增量编码器的分辨率，倍频与细分技术增量编码器码盘是由很多光栅刻线组成的，有两个（或4 个，以后讨论4 个光眼的）光眼读取A,B 信号的，刻线的密度决定了这个增量型编码器的分辨率，也就是可以分辨读取的最小变化角度值。代表增量编码器的分辨率的参数是PPR, 也就是每转脉冲数。增量编码器的A/B 输出的波形一般有两种，一种是有陡直上升沿和陡直下降沿的方波信号，一种是缓慢上升与下降，波形类似正弦曲线的Sin/Cos曲线波形信号输出，A 与 B 相差 1/4T 周期 90 度相位，如果 A 是类正弦 Sin 曲线，那B 就是类余弦Cos 曲线。对于方波信号， A,B 两相相差 90 度相（ 1/4T ），这样，在 0 度相位角， 90 度，180 度，270 度相位角,这四个位置有上升沿和下降沿，这样 ,实际上在1/4T 方波周期就可以有角度变化的判断，这样 1/4的 T周期就是最小测量步距，通过电路对于这些上升沿与下降沿的判断,可以 4 倍于 PPR 读取角度的变化 ,这就是方波的四倍频。这种判断，也可以用逻辑来做，0 代表低， 1 代表高， A/B 两相在一个周期内变化是0 0 ，0 1，1 1 ，1 0 。这种判断不仅可以4 倍频，还可以判断旋转方向。严格地讲，方波最高只能做4 倍频，虽然有人用时差法可以分的更细，但那基本不是增量编码器推荐的，更高的分频要用增量脉冲信号是SIN/COS类正余弦的信号来做，后续电路可通过读取波形相位的变化，用模数转换电路来细分，5 倍、10 倍、20 倍，甚至 100倍以上，分好后再以方波波形输出（PPR）。分频的倍数实际是有限制的，首先，模数转换有时间响应问题，模数转换的速度与分辨的精确度是一对矛盾，不可能无限细分，分的过细，响应与精准度就有问题；其次，原编码器的刻线精度，输出的类正余弦信号本身一致性、波形完美度是有限的，分的过细，只会把原来码盘的误差暴露得更明显，而带来误差。细分做起来容易，但要做好却很难，其一方面取决于原始码盘的刻线精度与输出波形完美度，另一方面取决于细分电路的响应速度与分辨精准度。例如，德国的工业编码器，推荐的最佳细分是20 倍，更高的细分是其推荐的精度更高的角度编码器，但旋转的速度是很低的。一个增量编码器细分后输出A/B/Z方波的，还可以再次4 倍频，但是请注意，细分对于编码器的旋转速度是有要求的，一般都较低。另外，如原始码盘的刻线精度不高、波形不完美，或细分电路本身的限制，细分也许会波形严重失真，大小步，丢步等，选用及使用时需注意。有些增量编码器，其原始刻线可以是2048线（2 的 11 次方， 11 位），通过 16 倍（4 位）细分，得到 15 位 PPR ,再次 4 倍频（ 2 位），得到了17 位（ Bit ）的分辨率，这就是有些日系编码器的17 位高位数编码器的得来了，它一般就用 “ 位,Bit ” 来表达分辨率了。 这种日系的编码器在较快速度时，内部仍然要用未细分的低位信号来处理输出的，要不然响应就跟不上了，所以不要被它的“17位” 迷惑了。3 、增量式编码器的特点：增量型编码器的特点是：非接触式的，无摩擦和磨损，体积小，重量轻，机构紧凑，安装方便，维护简单，驱动力矩小，其具有高精度，大量程测量，反应快，数字化输出特点；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 21 页 - - - - - - - - - 增量式编码器非常适合测速度，可无限累加测量。但是存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决。内置电池技术：有一些编码器以内置电池来避免断电的信号丢失，也有一些编码器以单圈是绝对信号，而多圈圈数信号是内置电池与电路用增量计数的方法来获得，此为伪绝对型编码器，其受电池寿命、电池低温失效、受振电池触点不良等因数影响，而大大降低可靠性。4 、增量型编码器的一般应用：测速，测转动方向，测移动角度、距离（相对）。二、绝对型编码器（旋转型）增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，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。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点，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。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。比如，打印机扫描仪的定位就用的是增量式编码器原理，每次开机，我们都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），于是就有了绝对式编码器的出现。1 、工作原理：绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2 线、4 线、8 线、16 线编排，这样，在编码器的每一个位置， 通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2 的零次方到2 的 n-1 次方的唯一的2 进制编码（格雷码），这就称为n 位绝对式编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需掉电记忆， 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。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。由于绝对式编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制中。但因其高精度，输出位数较多，如仍用并行输出，其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离，连接电缆芯数多，由此带来诸多不便和降低可靠性，因此，绝对式编码器在多位数输出型，一般均选用串行输出或总线型输出。2、从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 21 页 - - - - - - - - - 单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时， 通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对式编码器就称为多圈绝对值编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。多圈绝对值编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。多圈绝对值编码器在长度定位方面的优势明显，已经越来越多地应用于工控定位中。编码器的分类及其工作原理( 一)编码器 是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺 . 按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种. 接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“ 0”; 非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“ 1”还是“ 0”按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。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。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码， 因此它的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。从接近开关、 光电开关到旋转编码器工业控制中的定位， 接近开关、 光电开关的应用已经相当成熟了，而且很好用。 可是，随着工控的不断发展， 又有了新的要求，这样，选用旋转编码器的应用优点就突出了：信息化：除了定位，控制室还可知道其具体位置; 柔性化：定位可以在控制室柔性调整; 现场安装的方便和安全、 长寿：拳头大小的一个旋转编码器，可以测量从几个 到几十几百米的距离， n 个工位，只要解决一个旋转编码器的安全安装问题，可以避免诸多接近开关、 光电开关在现场机械安装麻烦，容易被撞坏和遭高名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 21 页 - - - - - - - - - 温、水气困扰等问题。由于是光电码盘，无机械损耗，只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。多功能化：除了定位，还可以远传当前位置，换算运动速度，对于变频器，步进电机等的应用尤为重要。经济化：对于多个控制工位， 只需一个旋转编码器的成本，以及更主要的安装、维护、损耗成本降低，使用寿命增长，其经济化逐渐突显出来。如上所述优点，旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。编辑本段从增量式编码器到绝对式编码器旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置， 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。这样，当停电后， 编码器不能有任何的移动， 当来电工作时， 编码器输出脉冲过程中， 也不能有干扰而丢失脉冲， 不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点， 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。 在参考点以前， 是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。比如，打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理，每次开机， 我们都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零( 开机后就要知道准确位置 ) ，于是就有了绝对编码器的出现。绝对型旋转光电编码器， 因其每一个位置绝对唯一、 抗干扰、无需掉电记忆，已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2 线、4 线、8 线、16线。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从 2 的零次方到 2 的 n-1 次方的唯一的 2 进制编码 ( 格雷码 ) ， 这就称为 n 位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆， 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。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 21 页 - - - - - - - - - 绝对值编码器码盘如何编成格雷码绝对值编码器（旋转型）：从机械构造上简单点分类就是：单圈型绝对值编码器和多圈型绝对值编码器。绝对值编码器常用的输出信号有：SSI，并行，RS485 ，CANopen ，PROFIBUS ，DeviceNet ，模拟信号等。首先介绍一下绝对值编码器的原理：绝对值编码器的光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以 2 线、 4 线、8 线、16 线。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从 2 的零次方到 2 的 n-1 次方的唯一的 2 进制编码（格雷码），这就称为 n 位绝对编码器。 这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电的干扰影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，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。 这样，编码器的抗干扰特性、数据的稳定性大大提高了。绝对值编码器从单圈到多圈的转换如下：旋转单圈绝对值编码器， 以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360 度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360 度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。如果要测量旋转超过360 度范围，就要用到多圈绝对值编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理（国内有些厂家通过电池记忆也能达到多圈的效果，但这种多圈为伪多圈，不建议使用），当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘 （或多组齿轮， 多组码盘）， 在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围， 这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。编码器工作原理,光电编码器的工作原理分析编码器工作原理绝对脉冲编码器 :APC 增量脉冲编码器 :SPC 两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件. 旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90 度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。增量型编码器与绝对型编码器的区分编码器如以信号原理来分，有增量型编码器,绝对型编码器。增量型编码器(旋转型 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 21 页 - - - - - - - - - 工作原理 :由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D, 每个正弦波相差90 度相位差 （相对于一个周波为360 度），将 C、D 信号反向，叠加在 A、B 两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z 相脉冲以代表零位参考位。由于 A、B 两相相差 90 度，可通过比较A 相在前还是B 相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率 编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、 或直接称多少线，一般在每转分度510000线。信号输出 : 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（ TTL、HTL ）,集电极开路（ PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中 TTL 为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接 编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC 、计算机， PLC 和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A.B 两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z 三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A- ，B、B- ，Z、Z- 连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0 ，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于 TTL 的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。对于 HTL 的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300 米。编码器的定义与功能：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 21 页 - - - - - - - - - 在数字系统里，常常需要将某一信息（输入）变换为某一特定的代码（输出）。把二进制码按一定的规律编排，例如 8421 码、格雷码等，使每组代码具有一特定的含义（代表某个数字或控制信号）称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器有若干个输入，在某一时刻只有一个输入信号被转换成为二进制码。如果一个编码器有N 个输入端和n 个输出端，则输出端与输入端之间应满足关系N 2n。 例如 8 线3 线编码器和10线4 线编码器分别有8 输入、 3 位二进制码输出和10 输入、 4 位二进制码输出。1.4 线2 线编码器下面分析 4 输入、 2 位二进制输出的编码器的工作原理。4 线2 线编码器的功能如表5.2.1 所示。根据逻辑表达式画出逻辑图如图5.2.1 所示。该逻辑电路可以实现如表5.2.1 所示的功能，即当I0I3 中某一个输入为1，输出Y1Y0 即为相对应的代码，例如当I1 为 1 时， Y1Y0 为 01。这里还有一个问题请读者注意。当 I0 为 1，I1I3 都为 0 和 I0I3 均为 0 时 Y1Y0 都是 00，而这两种情况在实际中是必须加以区分的，这个问题留待后面加以解决。当然，编码器也可以设计为低电平有效。2.键盘输入 8421BCD 码编码器：计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成。图5.2.2 是用十个按键和门电路组成的8421 码编码器，其功能如表 5.2.2 所示，其中 S0S9 代表十个按键，即对应十进制数09 的输入键，它们对应的输出代码正好是 8421BCD 码，同时也把它们作为逻辑变量，ABCD 为输出代码 (A 为最高位 )，GS为控制使能标志。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 21 页 - - - - - - - - - 对功能表和逻辑电路进行分析，都可得知： 该编码器为输入低电平有效；在按下 S0 S9中任意一个键时,即输入信号中有一个为有效电平时，GS1，代表有信号输入，而只有S0S9 均为高电平时GS0，代表无信号输入,此时的输出代码0000 为无效代码。由此解决了前面提出的如何区分两种情况下输出都是全 0 的问题。综上所述，对编码器归纳为以下几点：1.编码器的输入端子数N（要进行编码的信息的个数）与输出端子数n（所得编码的位数）之间应满足关系式 N 2n。2.编码器的每个输入端都代表一个二进制数、十进制数或其它信息符号，而且在N 个输入端中每次只允许有一个输入端输入信号（输入低电平有效或输入高电平有效），输出为相应的二进制代码或二十进制代码（ BCD 码）。3.正确使用编码器的控制端，可以用来扩展编码器的功能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 21 页 - - - - - - - - - 一、光电编码器的工作原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1 所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90o 的两路脉冲信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。（一）增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B 和 Z 相；A、B 两组脉冲相位差90o，从而可方便地判断出旋转方向，而Z 相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。（二）绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N 位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N 条码道。目前国内已有16 位的绝对编码器产品。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 21 页 - - - - - - - - - 码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：1可以直接读出角度坐标的绝对值；2没有累积误差；3电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有 10 位、 14 位等多种。（三）混合式绝对值编码器混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。二、光电编码器的应用电路（一） EPC755A 光电编码器的应用EPC755A 光电编码器具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。因此，我们在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC755A 光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360 个脉冲 /圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图2 给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用 1 个 D 触发器和 2 个与非门组成，计数电路用3 片 74LS19