编码器总结报告.docx

编码器报告1. 编码器的分类1.1按码盘的刻孔方式不同分类（1） 增量型：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号（也有发正余弦信号，然后 对其进行细分，斩波出频率更高的脉冲），通常为A相、B相、Z相输出，A相、B相为相互 延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，而且通过取A相、B相的上升和 下降沿可以进行2或4倍频；Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲2） 绝对值型：就是对应一圈，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的 数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量1. 2以编码器工作原理分类光电式、磁电式和触点电刷式1.3按信号的输出类型分类电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出1.4以编码器机械安装形式分类（1） 有轴型：有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等2） 轴套型：轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等2. 编码器的工作原理2. 1光电式编码器的工作原理旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速 脉冲信号），不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、 B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，最简单的只有A相。

编码器有5条引线，其中3条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线（0C门输 出型）增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其 角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）下面对增量式旋转编码器的内部工 作原理:A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为S2 ,角度码盘的光栅间距分别为SO和SI当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的so： SI： S2比值与实际图 的SO： SI： S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的SO： S1： S2比值与实际图的SO： SI： S2比值仍相同如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运 动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的SO： SI： S2比值与实 际图的SO： SI： S2比值仍相同通过输出波形图可知每个运动周期的时序为顺时针运动逆时针运动A BA B1 11 10 11 00 00 01 00 1我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角 度码盘的运动方向，如果光栅格SO等于S1时，也就是SO和S1弧度夹角相同，且S2等于SO的1/2,那么 可得到此次角度码盘运动位移角度为SO弧度夹角的1/2,除以所消毫的时间，就得到此次 角度码盘运动位移角速度。

SO等于S1时，且S2等于SO的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角 度，如果SO不等于SI, S2不等于SO的1/2,那么要1个运动周期才可以得到运动方向位 和位移角度了2. 2接触式编码器的工作原理接触式编码器山码盘和电刷组成的码盘是利用制造印刷电路板的工艺，在铜箔板上制作某种码制图形的盘式印刷电路板如8421码等<»> 8U-2-IW的砰微电刷是一种活动触头结构，在外界力的作用下旋转码盘时，电刷与码盘接触就产生某种 码制的某一数字编码输出8421码是最基本、最简单的二进制码，是用四位为今之计来表示一位等值的十进制数,工十六中组合以8421制作的码盘和旋转轴固定在一起码盘上有四圈码道相应地对应码道上有一个电刷，四个电刷沿着一个固定的径向安装 黑色部分为导电区，电刷接触导电部分时，输出高电平，白色处为绝缘区，电刷接触绝缘区 是，输出低电平编码器的分辨率取决于码道的数目n,位数越多，分辨率越高当然分辨率精度越高， 对码盘和电刷制作和安装要求越严格一般去n<9o2. 3电磁式编码器的工作原理光电式编码器的主要缺点是对潮湿气体和污染敏感，而可靠性差，而电磁式编码器不 易受尘埃和结露影响，同时其结构简单紧凑，可高速运转，响应速度快（达500~700KHz）, 体积比光电式编码器小，而成本更低，且易将多个元件精确地排列组合，比用光学元件和半 导体电磁敏感元件更容易构成新功能器件和多功能器件。

码盘：在码盘上按照编码图形，制作出磁化区和非磁化区电刷采用小型的磁环或者马蹄型磁芯作为磁头磁头上有两组绕组线圈，一组是激励 线圈，另一组是输出线圈3. 编码器的输出3.1集电极开路输出集电极开路输出是以输出电路的晶体管发射极作为公共端，并且集电极悬空的输出电 路一般分为NPN集电极开路输出（见图1）和PNP集电极开路输出（见图2）图1NPN集电极开路输出图2 PNP集电极开路输出3. 2电压输出电压输出是在集电极开路输出的电路基础上，在电源间和集电极之间接了一个上拉电 阻，使得集电极和电源之间能有一个稳定的电压状态，见图3褐O— DC5-5% 〜12V+1％o黑、旦、橙—输出信号（黑：A相、白：B相、橙色：Z相）图3电压输出3. 3互补输出互补输出是输出上具备NPN和PNP两种输出晶体管的输出电路根据输出信号的[H]、 [L], 2个输出晶体管交互进行[ON], [OFF]动作，比集电极开路输出的电路传输距离能稍远, 也可与集电极开路输入机器（NPN、PNP）连接输出电路见图4图4互补输出3. 4线性驱动输出线性驱动输出是采用RS-422标准，用AM26LS31芯片应用于高速、长距离数据传输 的输出模式。

信号以差分形式输出，因此抗干扰能力更强输出信号需专门能接收线性驱动输出的设备才能接收输出电路见图5•DC5V±5%E6B2主回路o黑、白、橙 AM26%黑A相、白:LS31 黑、白、 相当夫橙（镶红边）反转输出（黑/红：§相、白/红：百相、 橙/红：Z相） 0V3. 5编码器的并行输出绝对型编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是在接口上有多点 高低电平输出，以代表数码的1或o,对于位数不高的绝对编码器，一般就直接以此形式输 出数码，可直接进入PLC或上位机的I/O接口，输出即时，连接简单但是并行输出有如 下问题：（1） 必须是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读数会 在短时间里造成错码2） 所有接口必须确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0,造 成错码而无法判断3） 传输距离不能远，一般在一两米，对于复杂环境，最好有隔离4） 对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度，同样, 对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的故障损坏率并行输出时间上，数据同时发出;空间上，每个位数的数据各占用一根线缆增量型编码 器输出的通常是并行输出。

3. 6编码器的串行输出串行输出就是通过约定，在时间上有先后的数据输出，这种约定称为通讯规约，其连接 的物理形式有 RS232、RS422（TTL）、RS485 等串行输出连接线少，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 数的绝对编码器都是用串行输出的串行输出编码器连接德国西门子的设备是比较容易的，但是连接非德国系的设备，接口 就是问题了，我公司提供各种接口输出的仪表，可以解决这样的问题串行：时间上，数据按照约定，有先后;空间上，所有位数的数据都在一组线缆上（先后） 发出串行是指按时间约定，串行输出数字编码信号，基本是绝对的，但也有一些增量编码器, 通过内置电池记忆原点，其也可以通过串行输出位置值，如电池线不联，还是增量编码器， 此也称为伪绝对值编码器，在一些日本伺服系统中较多见其本质其实还是增量编码器4. 编码器的常用术语■输出脉冲数/转旋转编码器转一圈所输出的脉冲数发，对于光学式旋转编码器，通常与旋转编码器内部 的光栅的槽数相同（也可在电路上使输出脉冲数增加到槽数的2倍4倍）■分辨率分辨率表示旋转编码器的主轴旋转一周，读出位置数据的最大等分数绝对值型不以脉 冲形式输出，而以代码形式表示当前主轴位置（角度）。

与增量型不同，相当于增量型的“输 出脉冲/转” o■光栅光学式旋转编码器，其光栅有金属和玻璃两种如是金属制的，开有通光孔槽；如是玻 璃制的，是在玻璃表面涂了一层遮光膜，在此上面没有透明线条（槽）槽数少的场合，可 在金属圆盘上用冲床加工或腐蚀法开槽在耐冲击型编码器上使用了金属的光栅，它与金属 制的光栅相比不耐冲击，因此在使用上请注意，不要将冲击直接施加于编码器上■最大响应频率最大响应频率是在1秒内能响应的最大脉冲数（例：最大响应频率为2KHZ,即1秒内 可响应2000个脉冲），公式如下：最大响应转速（rpm） /60x （脉冲数/转）=输出频率Hz■最大响应转速最大响应转速是可响应的最高转速，在此转速下发生的脉冲可响应公式如下： 最大响应频率（Hz） / （脉冲数/转）乂60=轴的转速rpm■输出波形输出脉冲（信号）的波形■输出信号相位差二相输出时，二个输出脉冲波形的相对的的时间差■输出电压指输出脉冲的电压输出电压会因输出电流的变化而有所变化各系列的输出电压请参 照输出电流特性图■起动转矩使处于静止状态的编码器轴旋转必要的力矩一般情况下运转中的力矩要比起动力矩 小■轴允许负荷表示可加在轴上的最大负荷，有径向和轴向负荷两种。

径向负荷对于轴来说，是垂直方 向的，受力与偏心偏角等有关；轴向负荷对轴来说，是水平方向的，受力与推拉轴的力有关 这两个力的大小影响轴的机械寿命■轴惯性力矩该值表示旋转轴的惯量和对转速变化的阻力■转速该速度指示编码器的机械载荷限制如果超出该限制,将对轴承使用寿命产生负面影响, 另外信号也可能中断■格雷码格雷码是高级数据，因为是单元距离和循环码，所以很安全每步只有一位变化数据 处理时，格雷码须转化成二进制码■工作电流指通道允许的负载电流■工作温度参数表中提到的数据和公差，在此温度范围内是保证的如果稍高或稍低，编码器不会 损坏当恢复工作温度又能达到技术规范■工作电压编码器的供电电压5. 总结编码器为传感器类的一种，主要用来侦测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数， 除了应用在产业机械外，许多的马达控制如伺服马达、BLDC伺服马达均需配备编码器以供 马达控制器作为换相、速度及位置的检出所以应用范围相当广泛光电编码器是利用光栅衍 射原理实现位移一数字变换的，从50年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计 量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广，在精密定位、速度、长度、加速度、 振动等方面得到广泛的应用。