增量式編碼器工作原理

1、增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式采用電刷輸出，以電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小，絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)

2、字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編

3、碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然后才工作。增量式編碼器特點：增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減借助后部的判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)。其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。還可以把沒轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的Z信號，作為參考機械零位。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時，可利用 90 度相位差的 A、B兩路信號對原脈沖數(shù)進行倍頻，或者更換高分辨率編碼器。增量式角度數(shù)字編碼器的工作原理：（圖片文字依次為：光源、碼盤、光敏元件、放大整形、脈沖輸出）在一個碼盤的邊緣上開有相等角度的縫隙（分為

4、透明和不透明部分），在開縫碼盤兩邊分別安裝光源及光敏元件。當碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動時，每轉(zhuǎn)過一個縫隙就產(chǎn)生一次光線的明暗變化，再經(jīng)整形放大，可以得到一定幅值和功率的電脈沖輸出信號，脈沖數(shù)就等于轉(zhuǎn)過的縫隙數(shù)。將該脈沖信號送到計數(shù)器中去進行計數(shù)，從測得的數(shù)碼數(shù)就能知道碼盤轉(zhuǎn)過的角度。為了判斷旋轉(zhuǎn)方向 ，可以采用兩套光電轉(zhuǎn)換裝置。令它們在空間的相對位置有一定的關(guān)系，從而保證它們產(chǎn)生的信號在 相位上相差1/4周期。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理徐海增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時序和相位關(guān)系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。在接合數(shù)字電路特別是單片機后，增量式旋

5、轉(zhuǎn)編碼器在角度測量和角速度測量較絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器更具有廉價和簡易的優(yōu)勢。下面對增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的內(nèi)部工作原理（附圖）A,B兩點對應(yīng)兩個光敏接受管，A,B兩點間距為 S2 ,角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。當角度碼盤以某個速度勻速轉(zhuǎn)動時，那么可知輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值相同，同理角度碼盤以其他的速度勻速轉(zhuǎn)動時，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度碼盤做變速運動，把它看成為多個運動周期（在下面定義）的組合，那么每個運動周期中輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。通過輸出波形圖可

6、知每個運動周期的時序為順時針運動逆時針運動A B1 10 10 01 0A B1 11 00 00 1我們把當前的A,B輸出值保存起來，與下一個A,B輸出值做比較，就可以輕易的得出角度碼盤的運動方向，如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，除以所消毫的時間，就得到此次角度碼盤運動位移角速度。S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。我們常用的鼠標也是這個原

7、理哦。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。1.1增量式編碼器增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。光電編碼器分類和選擇光電編碼器是利用光柵衍射原理實現(xiàn)位移數(shù)字變換的，從50年代開始應(yīng)用于機床和計算儀器，因其結(jié)構(gòu)簡單、計量精度高、壽命長等優(yōu)點，在國內(nèi)外受到重視和推

8、廣。近年來更取得長足的發(fā)展，在精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面得到廣泛的應(yīng)用。光電編碼器按編碼方式分為二類：增量式與絕對式。1、增量式編碼器特點：增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辯率時，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辯率編碼器。2、絕對式編碼器特點：絕對式編碼器有與位置相對應(yīng)的代瑪輸出，通常為二進制碼或 BCD 碼。從代碼數(shù)大小的變化可以判別正反方向和位移所處的位置，絕對零位代碼還可以用于停電位置記憶。絕對式編碼器的測量范圍常規(guī)為

9、 0360 度。速度計與長度計一般采用增量式編碼器，以下就其參數(shù)范圍作簡要的介紹，供選型參考。（1）光柵線數(shù)：常 用 線 數(shù)30、60、100、120、200、250、256、300、360、400、480、500、512、600、700、800、900、907、1000、1024、1200、1250、1440、1500、1800、2000、2048、2400、2500、2669、3000、3600、4000、4069、4500、5000、5400（2）輸出方式：常規(guī)有五種輸出方式： 集電極開路輸出（通用型） 互補輸出 電壓輸出 長線驅(qū)動器輸出 UVW 輸出（3）工作電壓：常規(guī)有以下幾種：5V

10、、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V（4）防護性能：常規(guī)為防油、防塵、抗震型。（5）彈性聯(lián)接器：編碼器軸與用戶軸聯(lián)接時，存在同軸誤差，嚴重時將損壞編碼器。要求采用彈性聯(lián)接器（編碼器廠家提供選件），解決偏心問題，一般可以做到允許扭矩 1N.m, 不同軸度0.2mm，軸向偏角 1.5度。彈性聯(lián)軸器常用規(guī)格為：編碼器端孔徑（mm）用戶端孔徑（mm）4、5、6、8、10、154、5、6、6.35、8、10、15（6）安裝使用及注意事項：編碼器屬于高精密儀器，安裝時不得敲擊和碰撞。軸端聯(lián)接避免鋼性聯(lián)接，而應(yīng)采用彈性聯(lián)軸器、尼龍齒輪或同步帶聯(lián)接傳動。使用轉(zhuǎn)速不要超過標稱轉(zhuǎn)速，否則會影響電氣信

11、號。光電編碼器的簡單認識光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器的工作原理如圖所示，在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，在圓盤兩側(cè)，安放發(fā)光元件和光敏元件。當圓盤旋轉(zhuǎn)時，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變?yōu)槊}沖，碼盤上有之相標志，每轉(zhuǎn)一圈輸出一個脈沖。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90的兩路脈沖信號，如圖所示。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。1、增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原

12、理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。2、絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制（葛萊碼）方式進行光電轉(zhuǎn)換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設(shè)計可采用二進制碼、循環(huán)碼、二進制補碼等。它的特點是：（1）可以直接讀出角度坐標的絕對值；（2）沒有累積誤差；（3）電源切除后位置信息

13、不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。3、混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。增量型和絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器一、增量型旋轉(zhuǎn)編碼器軸的每轉(zhuǎn)動一周，增量型編碼器提供一定數(shù)量的脈沖。周期性的測量或者單位時間內(nèi)的脈沖計數(shù)

14、可以用來測量移動的速度。如果在一個參考點后面脈沖數(shù)被累加，計算值就代表了轉(zhuǎn)動角度或行程的參數(shù)。雙通道編碼器輸出脈沖A、B之間相差為90O，能使接收脈沖的電子設(shè)備接收軸的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)信號，因此可用來實現(xiàn)雙向的定位控制；另外，三通道增量型旋轉(zhuǎn)編碼器每一圈產(chǎn)生一個稱之為零位信號的脈沖（Z）。二、增量型絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器絕對值編碼器為每一個軸的位置提供一個獨一無二的編碼數(shù)字值。特別是在定位控制應(yīng)用中，絕對值編碼器減輕了電子接收設(shè)備的計算任務(wù)，從而省去了復(fù)雜的和昂貴的輸入裝置：而且，當機器合上電源或電源故障后再接通電源，不需要回到位置參考點，就可利用當前的位置值。單圈絕對值編碼器把軸細分成規(guī)定數(shù)量的測量步，最大的分辨率為13