编码器基础知识(从零开始了解编码器)

编码器选型必须了解的五个参数
脉冲数（每转输出脉冲数 P / R）；信号输出形式（信号路数及信号输出形式）；电源电压（5～
12V 为低电压，12～24 为高电压）；轴径（mm）；外型尺寸（mm）。例：用户要求订购 100
脉冲、三路信号长线驱动器输出、电压 5V、轴径 6mm、外形尺寸 38mm 的，则我们编码器
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都有明确说明。 实心轴编码器安装 如果编码器轴和设备轴之间采用刚性连接，在安装过程中两者之间有任何偏移，都会有很高 的负载作用在编码器轴上。为了避免产生超额的负载，在轴之间推荐采用柔性联轴器连接， 联轴器可以消除轴间偏移量，消除震动和轴向的位移。 空心轴编码器安装 在大部分情况下，编码器都直接与机器轴采用刚性连接，在这种 情况下编码器外壳不能和机器刚性连接，为保证编码器外壳不随 轴而旋转，采用弹性支架或定位销连接，这样既能固定编码器又 可以削减机器的震动。 机械安装保护措施 按CE设备制造要求，编码器安装完成后所有的旋转部件，比如： 轴，联轴器，测量轮和支架等都必须加以防护以防以外碰触。 ·
编码器的主要应用场合： 数控机床及机械附件 机器人、自动装配机、自动生产线。 电梯、纺织机械、缝制机械、包装机械（定长）、印刷机械（同步）、木工机械、塑料机械（定 数）、橡塑机械。 制图仪、测角仪、疗养器 雷达等。 应用场合 测速度用常用增量型编码器，可无限累加测量；测位置用绝对型编码器，位置唯一性（单圈 或多圈）， 信号类型： 1、A/B/Z 型 2、RS422 差分 3、SSI（格雷码） 信号有正弦波的，有方波的。
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编码器是通过把机械角度物理量的变化转变成电信号的一种装置；在传感器的分类中，他归 属于角位移传感器。 根据编码器的这一特性，编码器主要用于测量转动物体的角位移量，角速度，角加速度，通 过编码器把这些物理量转变成电信号输出给控制系统或仪表，控制系统或仪表根据这些量来 控制驱动装置。 基本原理 构造 编码器主要是由码盘(圆光栅、指示光栅)、机体、发光器件、感光器件等部件组成。 （1） 圆光栅是由涂膜在透明材料或刻画在金属材料上的成放射状的明暗相间的条纹组成的。 一个相邻条纹间距称为一个栅节,光栅整周栅节数就是编码器的脉冲数(分辨率)。 （2） 指示光栅是一片固定不动的,但窗口条纹刻线同圆光栅条纹刻线完全相同的光栅片。 （3）机体是装配圆光栅,指示光栅等部件的载体。 （4）发光器件一般是红外发光管。 （5）感光器件是高频光敏元件;一般有硅光电池和光敏三极管。 工作原理 由圆光栅和指示光栅组成一对扫描系统,在扫描系统的一侧投射一束红外光,在扫描系统的 另一侧的感光器件就可以收到扫描光信号;当圆光栅转动时,感光器件接收到的扫描光信号 会发生变化,感光器件可以把光信号转变成电信号并输出给控制系统或仪表。 一般编码器的输出信号为两列成 90 度相位差的 Sin 信号和 Cos 信号(这是由指示光栅的窗口 条纹刻线保证的);这些信号的周期等于圆光栅转过一个栅节(P)的移动时间,对 Sin 信号和 Cos 信号进行放大及整形就可输出方波脉冲信号。 编码器的应用场合十分的广泛，在此列举几个简单事例： （1）数控机床对加工工件自动检测就是通过编码器来进行检测的：数控机床刀架的对零校 准也是通过编码器来实施的。 （2）编码器在 PLC 上的应用：一般 PLC 上都有高速信号输入口，编码器可以作为高速信号 输入元件，使 PLC 更加迅速和精准地实施闭环控制。而在变频器上其一般接变频器的 PG 卡 上。 （3）编码器用在电梯上，用于测量电梯的升降速度和位置。 光电编码器分类 按测量方式分类：旋转编码器和直尺编码器 按编码方式分类：绝对式编码器，增量式编码器和混合式编码器 旋转式编码器分类 接触式编码器（机械原理） 光电式编码器（光电原理）：增量式和绝对式编码器 电磁式编码器（磁力原理）
数据传输 串行数据传输原理
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z 信息按位（位串）传输 z 为了确保发送器和接收器知道何时数据开始发送、何时数据发送结束，必须制定一些规
则。 同步串行数据传输
z 数据按顺序传送 z 每一个数据包的开始用同步标志SYNC标记 z 同步标志SYNC使数据接收与发送同步进行 z 每一个数据包的结束用数据包传送结束标志ETB标记同步数据传输的另一个方式是使用
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信号有电流型的，有电压型的
另外 SSI 编码器输出除了格雷码，也有二进制码的。
电压的范围也不仅限于 5V 和 24V
（1） 绝对型：其输出信号为计算机能直接识别的二进码，BCD 码或格雷码。
（2） 增量型：其输出信号为连续的方波脉冲
分列的数据线和时钟线（见SSI Interface） z 优点：同异步数据传输方式比较减少重叠
SYNC: 同步标志位 ETB: 数据包传送结束标志位 SSI接口
SSI在物理上相当于两个在物理上相当于两个RS 422RS接口，共需接口，共需4根线 ‐2根时钟线(输入到编码器) ‐2根数据线(从编码器输出) SSI 数据传输
电磁干扰和预防 这种情况的影响面比较大，相对而言处理比较困难。通常采用双绞屏蔽电缆，使两个通道同 时输出，在输出的同时产生感应电压可以削减外界干扰。
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接地端的选择 接地端的选择原则是：在电路中接地端必须是唯一的，如果系统中其它元件需要接地，都必 须是单独的连接到此唯一的接地端上。
互补接收是抗干扰的有效措施；脉冲信号和它的差补信号被同时输入比较器的输入端，比较 器通过放大对两信号进行对比，其间的任何干扰信号都会被过滤掉。
工程布线 值得注意的是：信号在长距离传输中会丢失。 在长距离的传输中电压衰减比较大，不仅输入编码器的电流会衰减，另外会使高电平信号降 低，低电平信号增大，这样的结果是使信号超出接收设备的极限要求，显示信号丢失。 编码器和计数器之间的通讯电缆必须远离高压线另外遵循最短最直接的布线原则。 机械安装注意事项 编码器轴负载 所有的编码器都装有负载轴承。轴承的寿命取决与编码 器轴上的负载。减小编码器轴上的负载可以确保编码器 的使用寿命，在任何情况下都要保证编码器的轴径向负 载不要超过额定范围。轴径向负载在每个系列编码器中
的型号为“CTX100ISCG3806BZ1—5L”。
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
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
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）上的格雷码刻度盘以确定被测物的绝
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单圈编码器可以将360o的圆周分为N（分辨率）个位置，但位置数据超过一圈会重复显示。 多圈编码器可以提供超过一圈的位置测量，并可以做长距离测量。 绝对值码制种类繁多，主要有以下几种： · 格雷码（Gray） · 二进制码（Binary） · 格雷余码（Excess Gray） · 十进制码（BCD） 格雷码是特殊的二进制码。前后 两个数据交替时仅有中间一个字 符发生变化，适合安全高速的传 输数据。对于自然二进制码而言， 在前后两个数据交替时同时有多 个字符发生变化这要求控制系统 快速读取数据，如果设备运转过 快控制系统容易读出错误数据。 由于格雷码数据交替时只有一个 字符位的转换，因此格雷码不会 出现错误数据。 绝对值BCD码 在一些特殊情况下，为了数据便于转换需要转化为十进制码。便于转换是二进制和十进制码 至今仍然存在的主要原因。十进制码的每一位都由二进制码组成，并且每一位数据都需要四 位二进制码表示。 绝对值编码器参数 分辨率 单圈绝对值指编码器旋转一圈可输出的数据串个数。 多圈绝对值指编码器旋转一圈数据串个数和圈数数据串个数的乘积。 电压（VDC） 编码器供电电压，一般供电电压：5VDC，11～30VDC（15～30VDC仅适用模拟量） 出线（CONNECTION） 轴向或径向配2米电缆轴向或码制径向配接插件 码制：Gray，Binary，Excess Gray，BCD 绝对值编绝对值编码器选型 ·选择合适的编码器分辨率（bit)；
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•第一个脉冲下降沿指示数据传输开始 •接着第n个脉冲的上升沿在数据线上传输第n位数据 •传输n位数据位需要n+1个时钟的上升沿
电气安装注意事项 静电干扰和预防 静电干扰可以采用一定的防范措施进行削弱。编码器信号产生后通过屏蔽电缆进行传输并且 确保屏蔽层在一端接地。无屏蔽的线缆置适合应用于短距离和无干扰的场合mzzh163@
增量编码器是工业应用中最常用的编码器。当轴旋转时编码器产生脉冲，每圈脉冲数的数目 可以测量转速，长度或位置。
分辨率（PPR）：编码器旋转一圈可输出的脉冲数。 通道数（Channel）：编码器可用输出通道数目，一般为：AA/+BB/+00/ 电压（VDC）：编码器供电电压，一般供电电压：5VDC, 11～30VDC 出线（CONNECTION）：轴向或径向配2米电缆轴向或径向配接插件 最大响应频率：最大响应频率是编码器的最大电子处理频率，是每秒钟产生最多脉冲数的体 现。最大响应频率和转速，每圈脉冲数的关系如下：最大响应频率＝转速÷60×每圈脉冲数 编码器精度：测量精度取决与编码器的电气度，具体关系如下：360o电气度＝360o机械角 度÷每圈脉冲数，测量误差不能随编码器的旋转不断累加。 增量式编码器选型 ·选择合适的编码器脉冲数（PPR）； ·选择正确的供电电压范围（5VDC , 11~30VDC)； ·选择合适的编码器输出方式以适合接收单元； ·选择合适的机械参数（轴径，外壳直径，法兰） ·选择合适的出线方式（轴/径向电缆，轴/径向接插件） 绝对式编码器是工业应用中精确测量角度和位移的反馈部件。当外部机械安装保持不变时， 测量过程中的任何位置保持恒定不变（不会因外界供电系统出现故障引起数据丢失）。
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· 选择正确的供电电压范围（15~30VDC , 11~30VDC） · 选择合适得码制（Gray，Binary，BCD） · 选择合适的编码器输出界面以适合接收单元； · 选择合适的机械参数（轴径，外壳直径，法兰） · 选择合适的出线方式（轴/径向电缆，轴/径向接插件） 绝对编码器类型 绝对编码器的一般优点：在电源掉电或电源故障时能自动记忆该位置 单转主要特点：能判定一转内的绝对位置‐角位移测量‐输出：SSI/并行接口/ICO ‐分辨率：最 大14位‐经济型‐轴和轴套型 多转主要特点：能判定最多到4096转内的绝对位置‐长度测量和精确确定某段长度内的位置‐ 输出：SSI、并口输出、CANopen Profibus‐DP ‐分辨率：最大12 x13 位(25 位) ‐轴型和轴套型 绝对编码器精度 •多转绝对编码器的典型规格如下： 12 x 12 位= 24 位= 212 x 212 = 4096 位置/转x 4096 转 13 x 12 位= 25 位= 213 x 212 = 8192 位置/转x 4096 转 •单转绝对编码器的典型规格如下： 10 位= 210 = 1024 位置=> 360° / 1024 ≈ 0,35° 精度 11 位= 211 = 2048位置=> 360° / 2048 ≈ 0,18° 精度 12 位= 212 = 4096位置=> 360° / 4096 ≈ 0,09° 精度 13 位= 213 = 8192位置=> 360° / 8192 ≈ 0,04° 精度
对位置值，然后将检测到的格雷码数据转换为电信号以脉冲的形式输出测量的位移