光电编码器的原理及应用
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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。
度，其电压幅值一般为5V。当A相超前前B相时为
正方向旋转，若B相超前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，Z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a 参考位。
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工作原理图
零位 外圈 内圈
a
光电 转换
零位脉冲 A相脉冲 B相脉冲
a
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辩相原理：增量式光电编码器输出两路相位相差90o的
脉冲信号A和B，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉 冲信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后可形成高电平的 方向信号Dir。当电机反转时，脉冲信号A的相位滞后脉冲 信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后的方向信号Dir为 低电平。因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向
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)，有一些工况也不允许使用中因干扰
影响而产生位置错误，于是就有了绝对值编码器的出现。
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绝对式旋转编码器
• 用光信号扫描分度盘（分度盘与传动轴相 联）上的格雷码或二进制码刻度盘以确定 被测物的绝对位置值，然后将检测到的格 雷码或二进制码数据转换为电信号以脉冲 的形式输出测量的位移量
a
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绝对式旋转编码器的原理图
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• 组成：由安装在旋转轴上的编码圆盘（码盘）、 窄缝 以及安装在圆盘两边的光源和光敏元件等组成。
• 原理：码盘由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码道， 每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分， 即亮区和暗区。当光源将光投射在码盘上时，转动码盘 ，通过亮区的光线经窄缝后， 由光敏元件接收。光敏 元件的排列与码道一一对应， 对应于亮区和暗区的光 敏元件输出的信号，前者为“1”，后者为“0”。 当码盘 旋至不同位置时，光敏元件输出信号的组合，反映出按 一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移大小。
• 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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注：旋转增量值编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其 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，也可能有干扰而丢失脉冲，不然， 计数设备计算并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，但不能保证位置 的准确性的。在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方 法。
旋转编码器：
通过测量被测物体的旋转角度并 将测量到的旋转角度转化为脉冲电信 号输出
a
3
直尺编码器： 通过测量被测物体的直线行程长度并
将测量到的行程长度转化为脉冲电信号输 出
按编码方式的分类： • 绝对式编码器 • 增量式编码器 • 混合式编码器
注：混合式绝对值编码a器，它输出两组信息： 4
增量式旋转编码器
光电编码器的原理及 应用
a
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光电编码器的定义
• 光电编码器是利用光电效应原理，将角度、 位置、转速等物理量转化为电气信号并加 以输出的一种传感器。
• 光电编码器在工业控制和自动化领域应用 非常广泛。适用于测量的物理量有：速度； 长度；角度；位置
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光电编码器的分类
按测量方式的分类： • 旋转编码器 • 直尺编码器
。其转速辩相的原理如下图所示：
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各输出形式的特点：
单通道连接：用于单方向计数，单方向测速。不适 用于变频器反转。
A,B通道连接：用于正反向计数，判断正反向和测速 。
A,B,Z通道连接：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，衰减较少，抗 干扰最佳，可传输较远的距离。
增量式旋转编码器用光信号扫描码盘（码与转 动轴相联），通过检测、统计信号的通断数量来 计算旋转角度。
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相超前90
a
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增量型旋转编码器的输出
• 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。
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9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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倍频原理： 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。
对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，采用匹配 电缆信号传输距离可达150米。
对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，采用匹配
电缆信号传输距离可达300米。
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增量式旋转编码器的特点
• 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
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。
度，其电压幅值一般为5V。当A相超前前B相时为
正方向旋转，若B相超前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，Z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a 参考位。
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工作原理图
零位 外圈 内圈
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光电 转换
零位脉冲 A相脉冲 B相脉冲
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辩相原理：增量式光电编码器输出两路相位相差90o的
脉冲信号A和B，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉 冲信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后可形成高电平的 方向信号Dir。当电机反转时，脉冲信号A的相位滞后脉冲 信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后的方向信号Dir为 低电平。因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向
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)，有一些工况也不允许使用中因干扰
影响而产生位置错误，于是就有了绝对值编码器的出现。
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绝对式旋转编码器
• 用光信号扫描分度盘（分度盘与传动轴相 联）上的格雷码或二进制码刻度盘以确定 被测物的绝对位置值，然后将检测到的格 雷码或二进制码数据转换为电信号以脉冲 的形式输出测量的位移量
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绝对式旋转编码器的原理图
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• 组成：由安装在旋转轴上的编码圆盘（码盘）、 窄缝 以及安装在圆盘两边的光源和光敏元件等组成。
• 原理：码盘由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码道， 每位码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分， 即亮区和暗区。当光源将光投射在码盘上时，转动码盘 ，通过亮区的光线经窄缝后， 由光敏元件接收。光敏 元件的排列与码道一一对应， 对应于亮区和暗区的光 敏元件输出的信号，前者为“1”，后者为“0”。 当码盘 旋至不同位置时，光敏元件输出信号的组合，反映出按 一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移大小。
• 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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注：旋转增量值编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其 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，也可能有干扰而丢失脉冲，不然， 计数设备计算并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，但不能保证位置 的准确性的。在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方 法。
旋转编码器：
通过测量被测物体的旋转角度并 将测量到的旋转角度转化为脉冲电信 号输出
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直尺编码器： 通过测量被测物体的直线行程长度并
将测量到的行程长度转化为脉冲电信号输 出
按编码方式的分类： • 绝对式编码器 • 增量式编码器 • 混合式编码器
注：混合式绝对值编码a器，它输出两组信息： 4
增量式旋转编码器
光电编码器的原理及 应用
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光电编码器的定义
• 光电编码器是利用光电效应原理，将角度、 位置、转速等物理量转化为电气信号并加 以输出的一种传感器。
• 光电编码器在工业控制和自动化领域应用 非常广泛。适用于测量的物理量有：速度； 长度；角度；位置
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光电编码器的分类
按测量方式的分类： • 旋转编码器 • 直尺编码器
。其转速辩相的原理如下图所示：
a
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各输出形式的特点：
单通道连接：用于单方向计数，单方向测速。不适 用于变频器反转。
A,B通道连接：用于正反向计数，判断正反向和测速 。
A,B,Z通道连接：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，衰减较少，抗 干扰最佳，可传输较远的距离。
增量式旋转编码器用光信号扫描码盘（码与转 动轴相联），通过检测、统计信号的通断数量来 计算旋转角度。
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相超前90
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增量型旋转编码器的输出
• 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。
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9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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倍频原理： 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。
对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，采用匹配 电缆信号传输距离可达150米。
对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，采用匹配
电缆信号传输距离可达300米。
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增量式旋转编码器的特点
• 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