编码器的作用(编码器原理)

编码器是将信号(如比特流)或数据编译成可用于通信、传输和存储的信号的装置。编码器将角位移或线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码盘。根据读取方式，编码器可分为接触式和非接触式。接触式采用刷输出，一只刷子接触导电区或绝缘区，表示代码状态是“1”还是“0”；非接触接收敏感元件是光敏元件或磁敏元件。使用光敏元件时，用透光区和不透光区来表示编码状态是“1”还是“0”。采集到的物理信号通过“1”和“0”的二进制编码转换成机器代码可读的电信号进行通信、传输和存储。

编码器的工作原理:

利用电磁感应原理将两个平面绕组之间的相对位移转换成电信号的测量元件，用作长度测量工具。感应同步器(俗称编码器和光栅尺)分为直线型和旋转型。前者由固定尺和滑动尺组成，用于直线位移测量；后者由定子和转子组成，用于角位移测量。

1957年，美国的R.W. Tripp等人获得了感应同步器在美国的专利，原名位置测量变压器，感应同步器是其商业名称。最初用于雷达天线的定位和自动跟踪，导弹的制导等。在机械制造中，感应同步器常用于数控机床、加工中心等的定位反馈系统中。以及坐标测量机、镗床等的测量数显系统中。对环境条件要求低，在少量粉尘和油雾的环境下也能正常工作。刻度尺上连续上弦的周期为2mm。滑尺上有两个绕组，其周期与定尺相同，但错开1/4周期(电气相位差为90°)。

感应同步器有两种工作模式:鉴相和鉴幅。前者是将两个相位差为90°、频率和幅值相同的交流电压U1和U2分别输入到滑尺上的两个绕组中。根据电磁感应原理，固定标尺上的绕组会产生感应电势U，如果滑动标尺相对于固定长度移动，U的相位会相应变化。放大后与U1和U2比较，细分计数，得到滑尺的位移。在幅度鉴别型中，频率和相位相同但幅度不同的交流电压输入到滑尺绕组中。根据输入输出电压的幅值变化，还可以得到滑尺的位移。由感应同步器和放大、整形、比相、细分、计数、显示等电子部件组成的系统称为感应同步器测量系统。其长度测量精度可达3微米/1000毫米，角度测量精度可达1 ″/ 360°。

欧姆龙旋转编码器

随着工业自动化的快速发展，编码器被广泛应用于工业控制中。

问:选择增量式旋转编码器有什么注意事项？

请注意三个参数:

1.机械的安装尺寸，包括定位挡块、轴径和安装孔位置；电缆出口模式；安装间容积空；工作环境防护等级是否符合要求。

2.分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计精度要求。

3.电气接口，编码器输出模式一般有推挽输出(F HTL格式)，电压输出(E)，集电极开路(C，常见的C是NPN管输出，C2是PNP管输出)，长线驱动器输出。其输出方式应与其控制系统的接口电路相匹配。

二。问:如何使用增量式编码器？

1.增量式旋转编码器的分辨率不同，分辨率由每转产生的脉冲数来衡量，范围从6到5，400或更高。脉冲越多，分辨率越高；这是选型的重要依据之一。

2.增量式编码器通常有A、B、z三个信号输出(相差六个信号)，一般采用TTL电平，脉冲A在前，脉冲B在后。脉冲A和脉冲B相差90度，每转一圈发出一个Z脉冲，可以作为参考机械零点。一般用b超前A导联B或A来确定方向。我公司增量编码器定义为轴端编码器顺时针旋转为正转，一个前导B为90°，b超前逆时针旋转为90°。也有不同的，看产品描述。

3.采用plc采集数据，可选用高速计数模块；采用工控机采集数据，可选用高速计数板；使用单片机采集数据时，建议选择带光电耦合器的输入端口。

4.建议B脉冲为正向(正向)脉冲，A脉冲为反向(反向)脉冲，Z原点零脉冲。

5.在电子设备中设置计数堆栈。

三。关于户外使用或恶劣环境下使用

设备在野外使用时，现场环境比较脏，编码器怕损坏。

有铝合金(特殊要求可使用不锈钢材料)密封保护外壳，双轴承重型编码器，可用于钢厂和重型设备，放置在室外也不怕脏。

但如果编码器的安装部分有空的话，建议在编码器外部加装保护壳，加强保护。编码器毕竟是精密部件，一个编码器的价值和保护壳还是有一定差距的。

四。从接近开关、光电开关到旋转编码器:

定位、接近开关、光电开关在工业控制中的应用已经相当成熟，使用方便。但是，随着工业控制的不断发展，有了新的要求，所以旋转编码器的应用优势凸显出来:

信息化:控制室除了定位，还能知道自己的具体位置；

灵活性:可在控制室灵活调整定位；

现场安装方便、安全、寿命长:一个拳头大小的旋转编码器可以测量从几μ到几十、几百米的间隔，N个工位。只要解决了旋转编码器的安全安装问题，就可以避免接近开关和光电开关在现场的机械安装麻烦、易碰撞、高温、潮湿等诸多问题。因为是光电码盘，所以没有机械损耗，只要安装位置正确，使用寿命往往很长。

多功能:除了定位，还可以传输当前位置，转换运动速度，对于变频器、步进电机等的应用尤为重要。

经济性:对于多个控制站，只需要一个旋转编码器的费用，更重要的是减少了安装、维护和损耗的费用，延长了使用寿命，其经济性逐渐凸显。

如上所述，旋转编码器已经越来越广泛地应用于各种工业控制场合。

动词 （verb的缩写）关于电源和编码器与PLC之间的连接:

编码器的工作电源一般有三种:5v直流、5-13Vdc或11-26Vdc。如果你买的编码器用的是11-26Vdc，可以用PLC的24V电源。应该指出的是:

1.编码器的电流消耗在PLC的供电范围内。

2.如果编码器并行输出，连接到PLC的I/O点，需要知道编码器的信号电平是推挽(或推挽)输出还是集电极开路输出。如果编码器在开集输出，有N型和P型两种，应该和PLC的I/O极性相同。如果是推挽输出，连接没有问题。

3.如果编码器从驱动器输出，一般信号电平为5V。连接时要小心，不要让24V的电源电平串进5V的信号线，损坏编码器的信号端。(我公司也可制造宽电压驱动器输出(5-30Vdc)，订货时应注明)

6.很多时候不是编码器坏了，只是干扰，导致波型不好，计数不准。如何做出判断？谢谢大家！

编码器是精密部件，主要是编码器周围干扰严重，比如大型电机、电焊机频繁启动是否有干扰，是否和电源线在同一管道传输。

什么样的输出对于抗干扰也很重要。一般输出带反向信号的抗干扰性较好，即A+~A-，B+~B-，Z+~Z-，特点是增加8路电源而不是5路(全零)。反向信号在电缆中的传输是对称的，干扰小，所以可以在接收设备中加入判断(比如接收设备的信号利用A、B信号之间的90°相位差，读取10、11、01、00四个状态时计为有效脉冲。该方案可以有效提高系统的抗干扰性能(计数正确)。

就连编码器也有好有坏，它们的码盘、电子芯片、内部电路、信号输出都有很大的区别。不然一个1000线增量编码器怎么会有300多元到3000多元这么大的差价？

①消除(消除、封闭、隔离)干扰源。

(2)判断是否是机械间隙累积误差，

③确定控制系统与编码器之间的电路接口是否不匹配(编码器选择错误)；① ③如果尝试该方法后故障现象消除，则可以做出初步判断。如果没有排除，还需要进一步分析。

判断是否是编码器自身故障的简单方法是排除法。现在我公司的编码器已经大规模生产，技术生产使用成熟，产品故障率控制在千分之几。具体的排除方法是:将上游编码器换成同型号的编码器。如果故障现象相同，基本可以排除为编码器故障问题。因为两个编码器同时出现故障的小概率事件可能非常小，所以可以视为0。如果更换同型号的编码器，故障现象立即排除，基本可以确定编码器有故障。

7.长期驱动力是什么？普通编码器可以远距离传输吗？

答:长线驱动也叫差分长线驱动，5V和TTL的正负波形对称形式。由于其正负电流方向相反，外加电磁场抵消，所以抗干扰能力强。一般一般编码器的传输间隔是100m，但如果是24VHTL型的对称负信号，传输间隔是300-400m。

八。问:能否简单介绍一下旋转编码器检测直线位移的方法？

1.使用“弹性联轴器”将旋转编码器与驱动直线位移的动力装置的主轴直接耦合。

2.使用小齿轮(直齿轮、伞齿轮或蜗轮)箱与动力装置连接。

3.利用直齿条上转动的齿轮传递直线位移信息。

4.获取传动链链轮的线性位移信息。

5.获取同步带轮同步带上的直线位移信息。

6.使用装有磁辊的旋转编码器，在有线性位移的扁平钢材料表面上获得位移信息(以避免滑动)。

7.使用类似于“钢卷尺”的“可伸缩钢丝组件”连接旋转编码器检测直线位移信息(数据处理中必须克服叠片缠绕的误差)。

8.与7类似，用一个小力矩电机的“可伸缩钢丝组件”连接旋转编码器检测直线位移信息(目前德国也有类似产品，结构复杂，几乎没有叠片缠绕误差)。

九、增量光栅z信号可以为零吗？如何选择圆光栅编码器？

线性光栅和轴向编码器的Z信号都可以达到和A\B信号一样的精度，只是轴向编码器是一个圆，而线性光栅是等间隔的一个，可以达到很高的重复精度。可以用普通的接近开关进行初始定位，然后找最近的Z信号(每次看同一个方向)。安装时，不要忘记将其相位调整到光栅相位，否则不允许。

根据你的细分精度和分辨率要求来选择。精度高，自然选择周高线的圆光栅编码器，精度低，就没必要选择高线的圆光栅编码器。

X.增量编码器和完美对编码器有什么区别？如何选择做伺服系统？

常用的增量式编码器，如果对位置和零位有严格的要求，就用上计数式编码器。应根据应用场合对伺服系统进行详细分析。

速度由常用的增量式编码器测量，可用于无限累加测量；用于位置测量的编码器，位置的唯一性(单圈或多圈)，以及最终的应用，要达到的目的和要求。

XI。选择旋转编码器的注意事项，旋转编码器与接近开关和光电开关的比较:

对于编码器来说，从经济型的8位到高精度的17位，价格从几百元到一万多元不等；

编码器大多多次使用25位，输出有SSI、Profibus DP、CAN L2、Interbus、DeviceNet，价格也可以从三千多到一万多不等。

旋转光电编码器是一种非常成熟的角度和长度测量技术。如今采用高精度、大量程的完美对编码器，测量的精度和可靠性大大提高，经济实用。目前，它仍然是测量长度的最佳选择。

十二。从增量编码器到全对编码器

增量式编码器旋转时输出脉冲，计数装置知道其位置。当编码器不动或断电时，依靠计数装置的内部存储器记忆位置。这样断电时编码器不能有任何动作，通电时编码器在脉冲输出过程中也不会因干扰而丢失脉冲。否则计数装置记忆的零点会偏移，这个偏移的量是未知的，只有在错误的生产结果出现之后。

解决办法是增加参考点。每当编码器通过参考点时，参考位置被校正到计数装置的存储位置中。在参考点之前，无法保证位置的正确性。所以在工业控制中，有先找参考点，开机改零等方法。

比如打印机扫描仪的定位就是基于增量式编码器的原理。每次开机，我们都能听到噼里啪啦的声音。它在工作前寻找参考零点。

这种方法对于一些工业控制项目来说比较麻烦，甚至不允许启动变化(启动后必须知道正确位置)，于是完美的编码器出现了。

光学编码盘上有许多刻线，每条刻线依次为2线、4线、8线和16线。。。。。。排列，使得在编码器的每个位置，通过读取每个划线的明暗，可以得到一组唯一的2的0次方到2的n-1次方的二进制码(格雷码)，称为N位完美对编码器。这个编码器是由码盘的机械位置决定的，不受断电和干扰的影响。

就机械位置决定的编码器每个位置的唯一性而言，不需要一直记忆、找参考点、计数。当你需要知道位置的时候，你可以读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性和数据的可靠性大大提高。

由于完美编码器在位置定位方面明显优于增量式编码器，因此在工业控制定位中得到了越来越多的应用。

测速需求可以用无限积累来衡量。目前，增量式编码器在测速应用中仍处于不可替代的主流地位。

十三。你能告诉我在选择完美的编码器时应该注意些什么吗？

机械部分:

1.测量长度或角度，如何用机械手段改变长度(上面有一些介绍，不清楚可以打电话讨论)。测量角度是否在360度以内(单圈)或可能超过360度(多圈)。生产过程是单向循环工作还是来回循环工作。

2.轴连接的安装形式，包括通过弹性联轴器或轴套连接的轴连接。

3.操作环境:灰尘、潮湿、振动和冲击？

电气部分:

1.连接的输出接收部分是什么？

2.信号形式？

3.分辨率要求？

4.控制要求？

十四。从单圈全对编码器到多圈全对编码器

旋转单圈完美对编码器，在旋转过程中测量光码盘的刻线，从而获得唯一编码。当旋转超过360度时，编码回到原点，不符合完美对编码的独特原理。这种编码器只能用于360度旋转范围内的测量，称为单圈完美对编码器。

如果要测量360度范围以外的旋转，需要使用多匝对编码器。

编码器制造商使用时钟齿轮机械的原理。当中心码盘转动时，另一组码盘(或多组齿轮，多组码盘)由齿轮带动，在单圈编码的基础上增加圈数，以扩大编码器的测量范围。这样的全转全对编码器称为多转全对编码器，也是用机械位置编码，每个位置编码都是唯一的，不重复，没有记忆。

多圈编码器的另一个优点是，由于测量范围大，在实际使用中往往比较丰富，安装时不需要找零点，某个中间位置就可以作为起点，大大简化了安装调试的难度。

多圈匹配编码器在长度定位方面具有明显的优势，在工业控制定位中得到了越来越多的应用。

十五。关于串口和并口输出的完美编码器的具体信息，谢谢！

并行输出:

全对编码器的输出是多位数字码(格雷码或纯二进制码)。并行输出意味着接口上有许多高电平和低电平输出来表示数字代码的1或0。对于低位数的全对编码器，通常直接以这种形式输出数字代码，可以直接进入PLC或上位机的I/O接口。输出即时，连接简单。但是并行输出有以下主题:

1.肯定是格雷码。因为是纯二进制码，数据刷新时可能会有多个位的变化，短时间内读取会造成误码。

2.所有接口都必须连接好，因为如果有一些不良连接点，这个点的电位总是0，导致错码，无法判断。

3.传输间隔不能太远，一般一两米。对于复杂的环境，最好有隔离。

4.对于大量的比特，需要大量的芯线，连接优良，带来工程难度。同样，对于编码器来说，应该同时有很多节点输出，增加了编码器的故障率。

并行:在时间上，数据同时发出；空，每个数字的数据占用一根电缆。

增量式编码器的输出通常是并行输出。

串行输出:

串行输出是根据协议及时输出的数据。这个协议称为通信协议，其连接的物理形式有rs232、RS422(TTL)、RS485等。

由于串行连接线少，传输间隔长，编码器的保护和可靠性大大提高。通常，所有具有高位数的编码器对都使用串行输出。

因为一些著名的全对编码器生产厂家都在德国，所以大部分的串行输出都是和德国西门子配套的，比如SSI同步串行输出，PROFIBUS-DP输出。

串行编码器与德国西门子设备连接相对容易，但连接非德国设备时接口是个问题。我公司提供各种带接口输出的仪器，可以解决这样的问题。

Serial:从时间上来说，数据是按照约定排序的；空，所有数字的数据都在一组电缆上发送(连续地)。

16.串行编码器应该没问题吧？

串行是指数字编码信号按照时间约定串行输出，基本正确。不过也有一些增量式编码器，也可以通过内置的电池记忆原点，通过串口输出位置值。比如电池线断开，也是增量式编码器。这也叫伪正值编码器，在一些日系伺服系统中比较常见。其本质是增量式编码器。

十七。问:为什么叫“完美对编码器”？

“全对编码器”是相对于“增量编码器”而言的。

“全向编码器”使用某种方式来表示和记忆物体的全向位置、角度和转数。即位置、角度、圈数一旦固定，编码器的指示值也只是固定的时候，包括断电后通电。“增量式编码器”做不到这一点。一般“增量式编码器”输出两个A、B脉冲信号和一个Z(L)零信号，A、B脉冲相位相差90度。通过脉冲计数可以知道位置、角度和转角增量，通过A、B脉冲信号的超前或滞后可以知道方向。断电后，必须从商定的基准重新开始计数。“增量编码器”是指位置、角度、圈数需要进行后处理，重新上电需要“归零”。所以“增量式编码器”比“完美式编码器”便宜很多。

18.问:光电编码器、光学电子尺和静磁栅各有什么优缺点？

光电编码器:

1.优点:体积小，精度高，分辨率高(目前我公司通过细分技术可以在直径φ66的编码器上实现54000cpr)，无接触，无磨损；同一品种借助机械转换装置既能检测角位移又能检测线位移；多圈光电编码器可以检测大范围的直线位移(如25位多圈)。使用寿命长，安装方便，接口形式丰富，价格合理。成熟的技术在多年前就已经在国内外广泛应用。

2.缺点:精度高，但对户外和恶劣环境的防护要求高；测量直线位移依靠机械装置换算，应消除机械间隙引起的误差。在探测轨道上的物体时，很难克服滑移。

光学电子尺；

1.优点:精度高，分辨率高(可达0.005mm)；体积适中，可直接测量线性位移；无接触、无磨损、测量间隙大；价格适中，接口形式丰富，已广泛应用于国内外金属切削机械行业(如线切割、电火花等。).

2.缺点:测量直线和角度要用不同的品种；测量范围有限(测量范围超过4m，制造困难，价格昂贵)，不适合大范围恶劣环境下的位移检测。

静态网格全对编码器:

1.优点:体积适中，可直接测量直线位移，数字编码，理论量程不限；无接触，无磨损，耐恶劣环境，可在1000米以下使用；丰富的界面形式和多种测量方法；价格可以接受。

2.缺点:1mm的分辨率不高；测量直线和角度要用不同的品种；不适用于小区域的位移检测(大于260mm)。

十九。例子:一个圆盘被分成50个点。要实现定位控制，转速很慢。有必要用全对编码器吗？如何找到原点？50个位置是360度等分吗？

所有编码器的编码都是2的幂，没有360度统一的50分码。应该是近似值，取决于精度要求有多高。如果精度要求不太高，就用8位256行代码。编码器的每个位置都有一个唯一的代码。零代码可以作为零点，也可以将任意位置定义为零，其他位置可以进行比较计算。

如果可以用参考点，也可以用增量点。因为速度慢，所以要选择3000线以上，每圈一个零。

XX。简单介绍:RS-232、RS-422和RS-485标准及应用？

RS-232、RS-422和RS-485都是串行数据接口标准，最初是由电子工业协会(EIA)制定和发布的。

目前，RS-232是PC机和通信行业中应用最广泛的串行接口。RS-232被定义为在低速串行通信中增加通信间隔的单端标准。RS-232采用非平衡传输方式，即所谓的单端通信。

RS-422和RS-485不同于RS-232。数据信号采用差分传输，也叫平衡传输。它使用一对双绞线，其中一个定义为A，另一个定义为b。

通常发送驱动器A和B之间的正电平为+2 ~+6V，是一种逻辑状态，负电平为-2 ~ 6V，是另一种逻辑状态。还有一个信号地c，RS-485里也有一个“使能”端子，但这个在RS-422里可以用也可以不用。“使能”端子用于控制传输驱动器和传输线之间的断开和连接。当“使能”端有效时，发送驱动器处于高阻抗状态，称为“第三状态”，即不同于逻辑“1”和“0”的第三状态。

由于RS-485是从RS-422发展而来的，所以RS-485的许多电气规则与RS-422的相似。比如采用平衡传输模式，需要在传输线上连接端接电阻。RS-485可以采用两线制和四线制，两线制可以实现真正的多点双向通信。

RS-485与RS-422的不同之处在于其共模输出电压不同。RS-485在-7V和+12V之间，而RS-422在-7V和+7V之间。RS-485接收器的最小输入阻抗为12K，RS-422为4K。因为RS-485符合所有RS-422规范，所以RS-485驱动程序可以在RS-422网络中使用。