编码器应用技术

编码器应用技术

-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

编码器应用技术

编码器是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。

1、编码器的定义：

中文名称：编码器

英文名称：coder; encoder

定义：一种按照给定的代码产生信息表达形式的器件。

2、编码器的分类：

（1）根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。

（2）按测量方式的分类，编码器可分为旋转编码器、直尺编码器

（3）根据读出方式，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，用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”，通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。

（4）根据其刻度方法及信号输出形式或者信号原理或者编码方式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

我们常用这种分类方法区别编码器，并且混合式的编码器也是由增量型和绝对值型的组合而成的，增量型和绝对型一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件，以下将重点讲述。

编码器控制转速的原理：

ΔN=ND1(测量)-ND2(理论)，N为电机转速

当测出的脉冲个数与计算出的理论值有偏差时,可根据电压与脉冲个数的对应关系计算出输出给伺服系统的增量电压△U，经过D/A转换，再计算出增量脉冲个数，等下减去。当运行时间越长路线越长，离我们预制的路线偏离就多了。这时系统起动位置环，通过不断测量光电编码器每秒钟输出的脉冲个数，并与标准值PD（理想值）进行比较，计算出增量△P并将之转换成对应的D/A 输出数字量，通过控制器减少输个电机的脉冲个数，在原来输出电压的基础上减去增量，迫使电机转速降下来，当测出的△P近似为零时停止调节，这样可将电机转速始终控制在允许的范围内。

编码器的常规工作电压有以下几种：5V、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V

编码器常规防护性能：防油、防尘、抗震型。

弹性联接器：编码器轴与用户轴联接时，存在同轴误差，严重时将损坏编码器。要求采用弹性联接器（编码器厂家提供选件），解决偏心问题，一般可以做到允许扭矩 <1N.m, 不同轴度<0.2mm，轴向偏角 <1.5度。

编码器端孔径(mm) 用户端孔径(mm)

Φ4、5、6、8、10、15 Φ4、5、6、6.35、8、10、15

3、增量式编码器

增量式编码器（其中增量脉冲编码器简称SPC）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。

顺时针运动逆时针运动

A B

1 1 0 1

0 0

1 0 A B

1 1 1 0 0 0 0 1

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，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；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

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5-10000线。

基本技术规格

（1）分辨率：用编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期来表示的，即脉冲数/转（PPR），码盘上的透光缝隙的数目就等于编码器的分辨率，码盘上刻的缝隙越多，编码器的分辨率就越高。倍频提高分辨率。

（2）精度：度量在所选定的分辨率范围内，确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。精度通常用角度、角分、角秒来表示。编码器的精度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转情况的制造精度因素有关，也与安装技术有关。

（3）输出信号的稳定性：在实际运行条件下，保持规定精度的能力。影响编码器输出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源特性的变化。由于温度和电源变化的影响，编码器的电子电路不能保持规定的输出特性，在设计和使用中都要给予充分考虑。

（4）响应频率：编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响应速度。当编码器高速旋转时，如果其分辨率很高，那么编码器输出的信号频率将会很高。如果光电检测器件和电子线路元器件的工作速度与之不能相适应，就有可能使输出波形严重畸变，甚至产生丢失脉冲的现象。这样输出信号就不能准确反映轴的位置信息。所以，每一种编码器在其分辨率一定的情况下，它的最高转速也是一定的，即它的响应频率是受限制的。编码器的最大响应频率、分辨率和最高转速之间的关系如公式：

（5）信号输出形式：有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路Open Collector（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（ToTEM Pole）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。

信号经过放大、整形得到了正弦波或矩形波。

正弦波：基本消除了定位停止时的振荡现象，并且容易通过电子内插方法，以较低的成本得到较高的分辨率。

矩形波：容易进行数字处理，多用。

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。