简介

编码器（encoder）是将物理信号（如旋转角度、直线位移等）转换为电信号（如脉冲、编码等）的传感器设备。编码器广泛应用于机器人、数控机床和电机控制等方面。

主要分类方式

编码器的刻盘方式分类

a. 增量型编码器：每转过单位的角度就发出一个脉冲信号，用于测量角位移。

b. 绝对型编码器：每个位置都有一个唯一的编码，用于测量绝对位置。

结构和工作原理分类

a. 光电编码器：利用光电原理，通过光电元件将刻盘上的编码转换为电信号。

b. 磁电编码器：利用磁电原理，通过磁敏元件将磁编码转换为电信号。

c. 电容编码器：利用电容原理，通过电容元件将编码转换为电信号。

应用场景分类

a. 直线编码器：用于测量直线位移，常用于机床、机器人等设备。

b. 旋转编码器：也称为轴编码器，用于测量旋转角度和速度，是将旋转位置或旋转量转换成模拟或数字的机电设备。常用于电机、机器人等设备。

读取方式分类

a. 接触式编码器：通过电刷与码盘之间的接触来产生电信号。

b. 非接触式编码器：主要由编码器本体、码盘（或磁环、光栅等）和检测元件（如光电元件、霍尔元件等）组成。编码器本体和码盘之间保持一定的间隙，无需直接接触。具有寿命长、无磨损、低维护成本等优点。

常用编码器

增量型编码器

将位移信号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。

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。

一般意义上的增量编码器内部无存储器件，故不具有断电数据保持功能，数控机床必须通过“回参考点”操作来确定计数基准与进行实际位置“清零”。

绝对值型编码器

绝对值编码器的输出可直接反映360°范围内的绝对角度，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。

绝对位置可通过输出信号的幅值或光栅的物理编码刻度鉴别,前者称旋转变压器(Rotating Transformer)；后者称绝对值编码器(Absolute-value Encoder)。

三、编码器选型参数和基本原理

主要选型参数

在使用增量编码器时，需注意一下几点：

测量精度和分辨率

测量精度和分辨率是增量编码器选择的关键参数。精度指的是测量结果与理论值之间的误差，而分辨率则是指编码器能够检测到的最小位置变化。

信号输出类型

量编码器信号输出类型：模拟信号和数字信号。

模拟信号：通常表现为正余弦波（Sin/Cos Output），这是一种连续的电压或电流信号，能够反映轴位置或旋转角度的连续变化。

数字信号：采用方波输出，包括单通道方波输出、差分输出（如A相和B相）和ABZ相输出等类型。

此外，增量编码器的信号输出电平标准也是多样的，常见的有TTL、HTL、PNP和NPN等。TTL和HTL是常见的电平标准，其中TTL为长线差分驱动，而HTL也称为推拉式或推挽式输出，适用于工业控制系统。PNP和NPN则是集电极开路输出的两种类型，用于不同的电路连接需求。

速度和加速度

编码器能承受的最大旋转速度和加速度。根据实际应用中的速度和加速度需求选择合适的编码器。

其他

电源电压（Supply Voltage）

编码器所需的电源电压通常为直流电压，如5V、12V、24V等。

工作温度（Operating Temperature）

根据应用环境的温度条件选择合适的工作温度范围。

基本原理和换向判定

本文以光电编码器简单介绍增量编码器基本原理。

增量光电编码器基本原理

在码盘的边缘上分布有相等角度的缝隙（分为透光和不透光部分），在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件。当码盘随转子一起转动时，每转过一个缝隙就产生一次光线的明暗变化，再经整形放大，可以得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号，脉冲数就等于转过的缝隙数。将该脉冲信号送到计数器中去进行计数，从测得的数码数就能知道码盘转过的角度。

增量光电编码器换向判定

为了判断旋转方向 ，可以采用两套光电转换装置。令它们在空间的相对位置有一定的关系，从而保证它们产生的信号在相位上相差1/4周期，根据AB相变化关系判定正反转，如下图：

磁编码器与光电编码器类似，只是把光检测传感器更换成了霍尔传感器，通光码盘变成了磁码盘。

后面会进一步介绍详细应用，这里就不再做过多介绍。