一、編碼器的分類

根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)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。從而可方便的判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)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。一般如果不用斷電后仍要記錄位置的場合都可以用增量型編碼器,增量型編碼器可以接入到到高數(shù)計數(shù)功能的PLC,也可以接到常用的計數(shù)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)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90度，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)。

1.2 絕對式編碼器

絕對式編碼器是直接輸出數(shù)字的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤，每條道上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)樹木是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件，當(dāng)碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道必須N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。絕對式編碼器輸出的是二進制碼或格雷碼等,即使是斷電后也能記錄下當(dāng)前的位置;

絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16 線……編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼(格雷碼)，這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

兩者各有優(yōu)缺點，增量型編碼器比較通用，大多場合都用這種。從價格看，一般來說絕對型編碼器要貴得多，而且絕對型編碼器有量程范圍，所以一般在特殊需要的機床上應(yīng)用較多。

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(dāng)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(dāng)前的位置值。

1.3 混合式絕對編碼器

混合式絕對編碼器，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。

二、光電編碼器的應(yīng)用 增量型編碼器與絕對型編碼器區(qū)別

1、角度測量

汽車駕駛模擬器，對方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量選用光電編碼器作為傳感器。重力測量儀，采用光電編碼器，把他的轉(zhuǎn)軸與重力測量儀中補償旋鈕軸相連，扭轉(zhuǎn)角度儀，利用編碼器測量扭轉(zhuǎn)角度變化，如扭轉(zhuǎn)實驗機、漁竿扭轉(zhuǎn)釣性測試等。擺錘沖擊實驗機，利用編碼器計算沖擊是擺角變化。

2、長度測量

計 米 器，利用滾輪周長來測量物體的長度和距離。

拉線位移傳感器，利用收卷輪周長計量物體長度距離。

聯(lián)軸直測，與驅(qū)動直線位移的動力裝置的主軸聯(lián)軸，通過輸出脈沖數(shù)計量。

介質(zhì)檢測，在直齒條、轉(zhuǎn)動鏈條的鏈輪、同步帶輪等來傳遞直線位移信息。

3、速度測量

線速度，通過跟儀表連接，測量生產(chǎn)線的線速度

角速度，通過編碼器測量電機、轉(zhuǎn)軸等的速度測量

4、位置測量

機床方面，記憶機床各個坐標(biāo)點的坐標(biāo)位置，如鉆床等

自動化控制方面，控制在牧歌位置進行指定動作。如電梯、提升機等

5、同步控制

通過角速度或線速度，對傳動環(huán)節(jié)進行同步控制，以達到張力控制

三、增量型編碼器(旋轉(zhuǎn)型)

1、工作原理:

由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度)，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號;另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。

2、信號輸出:

信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。

信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。

如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。

A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。

A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。

A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。

對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。

對于HTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。

3、增量式編碼器的問題：

增量型編碼器存在零點累計誤差，抗干擾較差，接收設(shè)備的停機需斷電記憶，開機應(yīng)找零或參考位等問題，這些問題如選用絕對型編碼器可以解決。

增量型編碼器的一般應(yīng)用:

測速，測轉(zhuǎn)動方向，測移動角度、距離(相對)。

四、絕對型編碼器(旋轉(zhuǎn)型)

絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16 線......編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼(格雷碼)，這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

從單圈絕對值編碼器到多圈絕對值編碼器

旋轉(zhuǎn)單圈絕對值編碼器，以轉(zhuǎn)動中測量光電碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，稱為單圈絕對值編碼器。

如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對值編碼器。

編碼器生產(chǎn)廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時，通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪，多組碼盤)，在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復(fù)，而無需記憶。

多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多， 這樣在安裝時不必要費勁找零點， 將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度。

增量型編碼器和絕對值編碼器的區(qū)別主要有以下幾點：

1：首先絕對值編碼器的碼盤和增量型編碼器的碼盤存在差異，增量型編碼器的碼盤是在同一個圓周上有固定數(shù)量的光柵，通過光柵切割光線產(chǎn)生一定數(shù)量的脈沖(每圈上光柵的數(shù)量即為編碼器所謂的分辨率);而絕對值編碼器則在同樣的碼盤上在不同的圓周上有不同數(shù)量，不同間隔的光柵，即當(dāng)碼盤停在某個位置時，可以通過碼盤上各圓周上的是否透光組合成固定的位置，經(jīng)過輸出線后顯示的是一個固定的數(shù)字。

2：當(dāng)斷電后增量型編碼器無法記錄當(dāng)前的位置，只能配合計數(shù)器等設(shè)備記錄。而絕對值編碼器本身可以記錄位置，無用擔(dān)心斷電后的記錄保存問題。

3：絕對值編碼器具有多種輸出碼制(二進制碼、十進制BCD碼、格雷碼)，可以直接提供給顯示單元、PC等設(shè)備，而增量型編碼器則無法直接提供給顯示單元。

4：絕對值編碼器幾乎可以不考慮速度、干擾等問題，只要編碼器停止在某個位置，不論轉(zhuǎn)動中收到什么影響，最后終能顯示當(dāng)前的位置。

審核編輯：湯梓紅