编码器工作原理

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1、编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移， 如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起， 也可用于测量直 线位移。编码器产生电信号后由数控制置 CNC 、可编程逻辑控制器 PLC 、控制系统等来处理。 这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。 在 ELTRA 编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。 读数系统是基于径向分度盘的旋转， 该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。 此系统全部用一个红外光源垂直照射， 这样 光就把盘子上的图像投射到接收器表面上， 该接收器覆盖着一层光栅， 称为准直仪，

2、 它具有 和光盘相同的窗口。 接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化， 然后将光变化转换成相 应的电变化。一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器， 从而 调节变频器的输出数据。故障现象：1 、 旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开” 联合动作才能起作用。要使电信号上升到较高电平， 并产生没有任何干扰的方波脉冲， 这就必须用电子电路来处理。 编码器 pg 接线与参数 矢量变频器与编码器 pg 之间的连接方式 ,必须与编码器 pg 的型号相 对应。一般而言 ,编码器 pg 型号分差动输出、集电极开路输出和推挽

3、输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器 pg 卡的接口 , 因此选择合适的 pg 卡型号或者设置合理 .编码器一般分为增量型与绝对型， 它们存着最大的区别： 在增量编码器的情况下， 位置 是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的， 而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定 的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；因此，当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的； 不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。现在编码器的厂家生产的系列都很全， 一般都是专用的， 如电梯专用型编码器、 机床专 用编码器、 伺服电机专用型编码器等， 并且编码

4、器都是智能型的， 有各种并行接口可以与其 它设备通讯。编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。 前者成为码盘， 后者称码尺 按 照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， 一电刷接触导电 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 ”。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。 增量式编码器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。 绝对式编码器 的每一个位置对应一个确定的数字码， 因此它的示值

5、只与测量的起始和终止位置有关， 而与 测量的中间过程无关。旋转增量式编码器以转动时输出脉冲， 通过计数设备来知道其位置， 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， 也不能有干扰而丢失脉冲，不然， 计数设备记忆的 零点就会偏移， 而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产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，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点， 开机找零等方法。这样的编码器是由码盘的机

6、械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性， 它无需记忆， 无需找参考点， 而且不 用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器， 已经越来越多地应用于工控定位 中。绝对型编码器因其高精度， 输出位数较多，如仍用并行输出， 其每一位输出信号必须确 保连接很好， 对于较复杂工况还要隔离， 连接电缆芯数多， 由此带来诸多不便和降低可靠性， 因此， 绝对编码器在多位数输出型， 一般均选用串行输出或总线型输出， 德国生产的绝对型 编码器串行输出最常用的是

7、 SSI （同步串行输出）。多圈绝对式编码器。 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理， 当中心码盘旋转时， 通 过齿轮传动另一组码盘 （或多组齿轮， 多组码盘） ，在单圈编码的基础上再增加圈数的编码， 以扩大编码器的测量范围， 这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器， 它同样是由机械位 置确定编码， 每个位置编码唯一不重复， 而无需记忆。 多圈编码器另一个优点是由于测量范 围大， 实际使用往往富裕较多， 这样在安装时不必要费劲找零点， 将某一中间位置作为起始 点就可以了，而大大简化了安装调试难度。多圈式绝对编码器在长度定位方面的优势明显， 已经越来越多地应用于工控定位中。编码器工作原理 ,光电

8、编码器的工作原理分析编码器工作原理绝对脉冲编码器 :APC增量脉冲编码器 :SPC两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件 .旋转编码器是用来测量转速的装置。 它分为单路输出和双路输出两种。 技术参数主要有 每转脉冲数 （几十个到几千个都有） ，和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一 组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差 90 度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以 测量转速，还可以判断旋转的方向。增量型编码器与绝对型编码器的区分编码器如以信号原理来分，有增量型编码器 ,绝对型编码器。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

9、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；另每转输出一 个Z相脉冲以代表零位参考位。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，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。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，

10、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 510000 线。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。信号连接一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

11、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。A、 B、 Z 三相联接，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，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于 TTL 的带有对称负信号输出的编码器，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，信号传输距离可达 300 米。编码器的定义与功能：在数字系统里，常常需要将某一信息（输入）变换为某一特定的代码（输出）。把二进制码 按一定的规律编排，例如 8421 码、格雷码等，使每组代码具有一特定的含义

12、（代表某个数 字或控制信号） 称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。 编码器有若干个输入，在 某一时刻只有一个输入信号被转换成为二进制码。如果一个编码器有N 个输入端和 n 个输出端，则输出端与输入端之间应满足关系NK 2n。例如8线一3线编码器和10线一4线编码器分别有 8输入、 3位二进制码输出和 10输入、 4位二进制码输出。1.4 线 2 线编码器下面分析 4输入、 2位二进制输出的编码器的工作原理。4线2线编码器的功能如表 5.2.1所示。根据逻辑表达式画出逻辑图如图 5.2.1 所示。该逻辑电路可以实现如表 5.2.1 所示的功能， 即当1013中某一个输入为1，输出Y1Y0

13、即为相对应的代码，例如当 11为1时，Y1Y0为01。这里还有一个问题请读者注意。当I0为1 , 11I3都为0和I013均为0时Y1Y0都是00，而这两种情况在实际中是必须加以区分的，这个问题留待后面加以解决。当然，编码器 也可以设计为低电平有效。2. 键盘输入 8421BCD 码编码器：计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成。 图 5.2.2是用十个按键和门电路组成的 8421码编码器，其功能如表 5.2.2所示， 其中S0S9代表十个按键，即对应十进制数 09的输入键，它们对应的输出代码正好是 8421BCD 码，同时也把它们作为逻辑变量， ABCD为输出代码 （A 为最高位 ），GS

14、 为控制使能标志。对功能表和逻辑电路进行分析，都可得知：该编码器为输入低电平有效；在按下SOS9中任意一个键时，即输入信号中有一个为有效电平时，GS= 1，代表有信号输入，而只有 S0S9均为高电平时GS= 0,代表无信号输入，此时的输出代码 0000为无效代码。由此解决 了前面提出的如何区分两种情况下输出都是全0的问题。综上所述,对编码器归纳为以下几点：1编码器的输入端子数 N （要进行编码的信息的个数）与输出端子数 n （所得编码的位数） 之间应满足关系式 NK 2nb2.编码器的每个输入端都代表一个二进制数、十进制数或其它信息符号, 而且在 N 个输入端中每次只允许有一个输入端输入信号

15、（输入低电平有效或输入高电平有效） ,输出为相应的 二进制代码或二十进制代码（ BCD 码）。3. 正确使用编码器的控制端,可以用来扩展编码器的功能。一、光电编码器的工作原理光电编码器, 是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感 器。这是目前应用最多的传感器, 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。 光栅盘是在一定直径的 圆板上等分地开通若干个长方形孔。 由于光电码盘与电动机同轴, 电动机旋转时, 光栅盘与电动机同速 旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,其原理示意图如图 1 所示； 通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外, 为判断旋转方向, 码盘还可提供相位相差90o 的两路脉冲信号。根据检测原理, 编码器可分为光学式、磁式、 感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式,可分为增量式、绝对式以及混合式三种。（一）增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90o,从而可方便地判断出旋转方向，而 Z 相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上， 抗干扰能力强， 可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出 轴转动的绝对位置信息。（二）绝对式编码器绝对编码