编码器的类型与原理ppt课件
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并将测量到的行程长度转化为脉冲电信 号输出
原理通俗的讲就是将旋转编码器的码 盘拉成一条直线
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29
光栅尺编码器
▪ 光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中 的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅） 进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产 生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之 为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗） 相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放 大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o 的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
2 旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规 律，因此当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合， 转子绕组产生感应电动势，如图4-9所示。其输出电压的 大小取决于转子的角向位置，即随着转子偏移的角度呈 正弦变化。由变压器原理，设原边绕组匝数为N1，副边 绕组匝数为N2，k=N1/N2为变压比，当原边输入交变电 压
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37
编码器屏蔽线的安装
Connect the shield in the
Sub D on the encoder 用屏蔽的D型接口连接编码器
Connect the shield to the electronics shield
clamp of the inverter 在变换器的电路板上用线卡连接
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8
增量式编码器的输出示意图
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9
增量式编码器的连接原理
1 单相连接
用与单方向计数,单向测速
2 A B两相连接,用于正反向计数，用于判断正反方
3
向和测速
3 A B C 三相连接用于带参考位修正的判断测速
4 A -A B -B C -C连接，由于带有对称的负信
5
号连接电流对电缆的磁场贡献为零，衰减最小，
17
增量式编码器问题
1 增量型编码器存在零点累计误差 2 抗干扰较差， 3 接收设备的停机需断电记忆，开机应找
零或参考位等问题
绝对值编码器的出现正好解决了这些问题
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18
绝对值编码器原理
▪ 绝对编码器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、干扰的影响。
编码器的原理
一、编码器的介绍 二、编码器的分类 三、常用编码器的工作原理 四、编码的输出及接口 五、编码器的应用及安装
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1
编码器的介绍
编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种，主要 用来检测机械运动的速度、位置、角度、 距离或计 数，除了应用在机械外，许多的马达控制如伺服马达 均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位 置的检出。
4
数字式编码器的原理
2） 光源（一般为LED）会向接收器（可能 是一个 光电二极管）发出一道狭窄的光束。光源和接收 器都被严格安装在旋转连接轴承的静止部位。编 码器是一个带有透明开口或小窗的遮光圆盘，被 安装在轴承的转动部位。
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5
光电式数字编码器的原理
轴承转动时，编码器会让光束交替通过 （透过圆盘上的小窗口）。光电二极管则随 着位置的变化输出对应的高电平或低电平信 号。光电二极管的输出可以通过专门的电路， 转化为位置和速率信息。
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25
混合式编码器原理
1 把增量制码与绝对制码同做在一块码盘上。在圆 盘的最外圈是高密度的增量条纹，中间是绝对值 编码器的二进制格莱码道，码盘的转数由一转脉 冲的计数表示，在一周以内转过的角度用格莱码 的数值计数
2 多圈式绝对值编码器：在单圈绝对值编码器的基 础上利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
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6
光电式数字编码器原理图
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7
增量编码器的输出
▪ 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,获得方波信 号组合成A、B，-A -B,信号反向，每组信号相差 90度相位差（一个周波位360度）
▪ C， 零点校正信号，码盘旋转一周输出一个信号
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26
正余弦编码器输出原理
▪ 利用平行光通过光栅时，所产生的莫尔条 纹的光强度近似于余弦函数，在莫尔条纹 移动的方向上放置4个1/4莫尔条纹的光敏元 件，将会得到4组正余弦输出信号
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27
正余弦编码器输出形式
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28
直尺编码器
直尺编码器： 通过测量被测物体的直线行程长度
Connect the shield to the PG fitting of the encoder 编码器用屏蔽的PG接口连接
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38
旋转编码器内部构造图
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39
谢谢!
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40
编码器在扩展轴上
绝对编码器
通用编码器安装在扩展轴上
编码器在实体轴上
最分新解编器辑ppt
临近传感器
36
编码器的安装注意事项
电气方面：
▪ 接地线应尽量粗，一般应大于1.5平方 ▪ 编码器的输出线彼此不要搭接，以免损坏
输出电路
▪ 编码器的信号线不要接到直流电源上或交 流电流上，以免损坏输出电路
▪ 与编码器相连的电机等设备，应接地良好， 不要有静电
物理分割的码盘因受到工艺及采制的限制,无法做 到更细,更精.但是通过数字电路的转换可以实现更 高的脉冲 二倍频信号 通过A相和B相的”异或”转换获得
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15
增量编码器的倍频
▪ 四备频信号 计数器同样也在通道A和B的每 个沿上发生增加或者减少。计数器的数目是 增加还是减少，取决于哪个通道引导哪个通 道。计数器的数目每个周期都会增加4个或减 少4个。
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23
绝对值编码器的输出形式
▪ 同步串行界面（SSI）输出： 串行输出就是数据集中在一组电缆上传输， 通过约定，在时间上有先后时序的数据输出， 这种约定称为通讯规约。
▪ 串行输出连接线少，传输距离远，对于编码 器的保护和可靠性就大大提高了，一般高位 数的绝对编码器和绝对值多圈编码器都是用 串行输出的。
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34
编码器的安装注意事项
机械方面：
▪ 安装时注意允许的轴负载 ▪ 应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度＜
0.20mm，与轴线的偏角＜1.5° ▪ 安装时严禁敲击和摔打碰撞，以免损坏轴系
和码盘 ▪ 长期使用时，定期检查固定编码器的螺钉是
否松动 （每季度一次）
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35
编码器安装方式
▪ 零位信号 C 编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零 位脉冲或标识脉冲，零位脉冲用于决定零 位置或标识位置。要准确测量零位脉冲， 不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通 道的高位组合输出。由于通道之间的相位 差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。
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13
零点校正示意图
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14
增量编码器的倍频
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21
十进制与格雷码的参照
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22
绝对值编码器的输出形式
▪ 1 并行输出模式
多少位（码道）绝对值编码器就有多少根 信号电缆，每根电缆代表一位数据，以电缆 输出电平的高低代表1或0，物理器件与增量 值编码器相似 ，有集电极开路PNP,NPN型, 差分驱动,推挽式，差分高电平有效或低电平 有效来针对PNP或NPN的物理器件格式 ,并 行输出一般已格雷码形式输出,又称格雷码编 码器
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2
编码器的分类
编码器
模拟量编码器
数字编码器
增量编码器
绝对值编码器
旋转变压器
Sin/Cos 编码器
___ 辑ppt
3
数字型编码器原理
1） 利用光电耦合器扫描安装在机械轴上的分割成断的圆盘。 机械代码被转换为成比例的电气脉冲信号。
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30
旋转变压器
旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机， 它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信 号的一种间接测量装置。
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31
旋转变压器的原理
1 旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号 元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出 绕组的电压幅值与转子转角成正弦或余弦函数关系，或 保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性 关系
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16
增量式编码器特点
▪ 编码器每转动一个预先设定的角度将输出 一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量 来计算旋转的角度，因此编码器输出的位 置数据是相对的
▪ 由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的 起始位可以任意设定
▪ 由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度 数据会丢失需要重新复位
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抗干扰较强，可以进行长距离输出
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10
如何进行正反向判断
▪ 因为A B两相相差90度，可以通过判断A相 在先还是B相在先，从而判断正转还是反转
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11
如何进行正反向判断逻辑图
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12
如何进行零位校正
▪ 编码器脉冲在传输过程中，可能因为某些 原因（如干扰）产生脉冲信号丢失，导致 传输误差，此时就需要对其进行及时修正
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19
绝对值编码器码盘
▪ 通过一组光电耦合器扫描旋转盘上的代码图案。 ▪ 每一个位置有其独一无二的代码。
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20
绝对值编码器的输出码
▪ 1 自然二进制 码 0000 0001 0010 0011
0100 ▪ 2 循环二进制码（格雷码 ）0000 0001
0011 0010 0110 格雷码的特点：相邻的整数在他的数字表示中只有 一个不同，可避免数字转换电路中出现很大的峰值 电流（如3-4，0011-0100） 二进制-格雷码 转换格式 ：高位保留 次高位取（二 进制）高位与次高位的“异或”运算
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24
绝对值编码器的输出形式
▪ 异步串行形式： 指令与数据分时间和问答，接口是双工的。
典型的有RS485接口，只需两个线，传输距 离远，数据内容即可以是编码器的位置值， 也可以是根据指令要求的其他内容，如加上 每个编码器不同的地址，可以多个编码器共 用传输电缆和后续接收，这种形式称为现场 总线型。
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32
旋转变压器的应用
▪ 1. 鉴相工作方式 感应电压的相位角等于转子的机械转角。
因此只要检测出转子输出电压的相位角，就 知道了转子的转角
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33
旋转变压器的应用
▪ 鉴幅工作方式 在实际应用中，通过不断修改激磁调幅电
压值的电气角，使之跟踪机械角的变化，并 测量感应电压幅值即可求得机械角位移。
原理通俗的讲就是将旋转编码器的码 盘拉成一条直线
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光栅尺编码器
▪ 光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中 的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅） 进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产 生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之 为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗） 相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放 大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o 的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。
2 旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规 律，因此当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合， 转子绕组产生感应电动势，如图4-9所示。其输出电压的 大小取决于转子的角向位置，即随着转子偏移的角度呈 正弦变化。由变压器原理，设原边绕组匝数为N1，副边 绕组匝数为N2，k=N1/N2为变压比，当原边输入交变电 压
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编码器屏蔽线的安装
Connect the shield in the
Sub D on the encoder 用屏蔽的D型接口连接编码器
Connect the shield to the electronics shield
clamp of the inverter 在变换器的电路板上用线卡连接
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增量式编码器的输出示意图
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9
增量式编码器的连接原理
1 单相连接
用与单方向计数,单向测速
2 A B两相连接,用于正反向计数，用于判断正反方
3
向和测速
3 A B C 三相连接用于带参考位修正的判断测速
4 A -A B -B C -C连接，由于带有对称的负信
5
号连接电流对电缆的磁场贡献为零，衰减最小，
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增量式编码器问题
1 增量型编码器存在零点累计误差 2 抗干扰较差， 3 接收设备的停机需断电记忆，开机应找
零或参考位等问题
绝对值编码器的出现正好解决了这些问题
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绝对值编码器原理
▪ 绝对编码器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、干扰的影响。
编码器的原理
一、编码器的介绍 二、编码器的分类 三、常用编码器的工作原理 四、编码的输出及接口 五、编码器的应用及安装
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1
编码器的介绍
编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种，主要 用来检测机械运动的速度、位置、角度、 距离或计 数，除了应用在机械外，许多的马达控制如伺服马达 均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位 置的检出。
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数字式编码器的原理
2） 光源（一般为LED）会向接收器（可能 是一个 光电二极管）发出一道狭窄的光束。光源和接收 器都被严格安装在旋转连接轴承的静止部位。编 码器是一个带有透明开口或小窗的遮光圆盘，被 安装在轴承的转动部位。
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光电式数字编码器的原理
轴承转动时，编码器会让光束交替通过 （透过圆盘上的小窗口）。光电二极管则随 着位置的变化输出对应的高电平或低电平信 号。光电二极管的输出可以通过专门的电路， 转化为位置和速率信息。
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混合式编码器原理
1 把增量制码与绝对制码同做在一块码盘上。在圆 盘的最外圈是高密度的增量条纹，中间是绝对值 编码器的二进制格莱码道，码盘的转数由一转脉 冲的计数表示，在一周以内转过的角度用格莱码 的数值计数
2 多圈式绝对值编码器：在单圈绝对值编码器的基 础上利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
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光电式数字编码器原理图
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增量编码器的输出
▪ 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,获得方波信 号组合成A、B，-A -B,信号反向，每组信号相差 90度相位差（一个周波位360度）
▪ C， 零点校正信号，码盘旋转一周输出一个信号
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正余弦编码器输出原理
▪ 利用平行光通过光栅时，所产生的莫尔条 纹的光强度近似于余弦函数，在莫尔条纹 移动的方向上放置4个1/4莫尔条纹的光敏元 件，将会得到4组正余弦输出信号
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正余弦编码器输出形式
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直尺编码器
直尺编码器： 通过测量被测物体的直线行程长度
Connect the shield to the PG fitting of the encoder 编码器用屏蔽的PG接口连接
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旋转编码器内部构造图
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谢谢!
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编码器在扩展轴上
绝对编码器
通用编码器安装在扩展轴上
编码器在实体轴上
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临近传感器
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编码器的安装注意事项
电气方面：
▪ 接地线应尽量粗，一般应大于1.5平方 ▪ 编码器的输出线彼此不要搭接，以免损坏
输出电路
▪ 编码器的信号线不要接到直流电源上或交 流电流上，以免损坏输出电路
▪ 与编码器相连的电机等设备，应接地良好， 不要有静电
物理分割的码盘因受到工艺及采制的限制,无法做 到更细,更精.但是通过数字电路的转换可以实现更 高的脉冲 二倍频信号 通过A相和B相的”异或”转换获得
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15
增量编码器的倍频
▪ 四备频信号 计数器同样也在通道A和B的每 个沿上发生增加或者减少。计数器的数目是 增加还是减少，取决于哪个通道引导哪个通 道。计数器的数目每个周期都会增加4个或减 少4个。
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23
绝对值编码器的输出形式
▪ 同步串行界面（SSI）输出： 串行输出就是数据集中在一组电缆上传输， 通过约定，在时间上有先后时序的数据输出， 这种约定称为通讯规约。
▪ 串行输出连接线少，传输距离远，对于编码 器的保护和可靠性就大大提高了，一般高位 数的绝对编码器和绝对值多圈编码器都是用 串行输出的。
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编码器的安装注意事项
机械方面：
▪ 安装时注意允许的轴负载 ▪ 应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度＜
0.20mm，与轴线的偏角＜1.5° ▪ 安装时严禁敲击和摔打碰撞，以免损坏轴系
和码盘 ▪ 长期使用时，定期检查固定编码器的螺钉是
否松动 （每季度一次）
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编码器安装方式
▪ 零位信号 C 编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零 位脉冲或标识脉冲，零位脉冲用于决定零 位置或标识位置。要准确测量零位脉冲， 不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通 道的高位组合输出。由于通道之间的相位 差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。
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零点校正示意图
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增量编码器的倍频
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十进制与格雷码的参照
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绝对值编码器的输出形式
▪ 1 并行输出模式
多少位（码道）绝对值编码器就有多少根 信号电缆，每根电缆代表一位数据，以电缆 输出电平的高低代表1或0，物理器件与增量 值编码器相似 ，有集电极开路PNP,NPN型, 差分驱动,推挽式，差分高电平有效或低电平 有效来针对PNP或NPN的物理器件格式 ,并 行输出一般已格雷码形式输出,又称格雷码编 码器
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编码器的分类
编码器
模拟量编码器
数字编码器
增量编码器
绝对值编码器
旋转变压器
Sin/Cos 编码器
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数字型编码器原理
1） 利用光电耦合器扫描安装在机械轴上的分割成断的圆盘。 机械代码被转换为成比例的电气脉冲信号。
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旋转变压器
旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机， 它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信 号的一种间接测量装置。
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旋转变压器的原理
1 旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号 元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出 绕组的电压幅值与转子转角成正弦或余弦函数关系，或 保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性 关系
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增量式编码器特点
▪ 编码器每转动一个预先设定的角度将输出 一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量 来计算旋转的角度，因此编码器输出的位 置数据是相对的
▪ 由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的 起始位可以任意设定
▪ 由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度 数据会丢失需要重新复位
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抗干扰较强，可以进行长距离输出
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如何进行正反向判断
▪ 因为A B两相相差90度，可以通过判断A相 在先还是B相在先，从而判断正转还是反转
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如何进行正反向判断逻辑图
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如何进行零位校正
▪ 编码器脉冲在传输过程中，可能因为某些 原因（如干扰）产生脉冲信号丢失，导致 传输误差，此时就需要对其进行及时修正
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绝对值编码器码盘
▪ 通过一组光电耦合器扫描旋转盘上的代码图案。 ▪ 每一个位置有其独一无二的代码。
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绝对值编码器的输出码
▪ 1 自然二进制 码 0000 0001 0010 0011
0100 ▪ 2 循环二进制码（格雷码 ）0000 0001
0011 0010 0110 格雷码的特点：相邻的整数在他的数字表示中只有 一个不同，可避免数字转换电路中出现很大的峰值 电流（如3-4，0011-0100） 二进制-格雷码 转换格式 ：高位保留 次高位取（二 进制）高位与次高位的“异或”运算
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绝对值编码器的输出形式
▪ 异步串行形式： 指令与数据分时间和问答，接口是双工的。
典型的有RS485接口，只需两个线，传输距 离远，数据内容即可以是编码器的位置值， 也可以是根据指令要求的其他内容，如加上 每个编码器不同的地址，可以多个编码器共 用传输电缆和后续接收，这种形式称为现场 总线型。
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旋转变压器的应用
▪ 1. 鉴相工作方式 感应电压的相位角等于转子的机械转角。
因此只要检测出转子输出电压的相位角，就 知道了转子的转角
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旋转变压器的应用
▪ 鉴幅工作方式 在实际应用中，通过不断修改激磁调幅电
压值的电气角，使之跟踪机械角的变化，并 测量感应电压幅值即可求得机械角位移。