编码器的工作原理介绍

1、一、光电编码器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，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的两路脉冲信号。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、绝对式二种光电编码器是一种角度（角速度）检测装置

2、，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，高精度，工作可靠，接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。、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、和相；、两组脉冲相位差，从而可方便地判断出旋转方向，而相为每转一个脉冲，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，适合于速度长度传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。输出形式：电压输出、集电极开路输出、推挽（互补）输出、长线驱动输出工作电压：，常用线数、绝对式编码

3、器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有条码道。本世纪初我公司已成功研制高精度位绝对值角度编码器产品，并为上海计量院、无锡计量院提供精度±绝对值角

4、度编码作为计量检测低精度绝对值编码器的标准检测工具。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：² 可以直接读出角度坐标的绝对值；² 没有累积误差；² 电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前我公司可做位至位分辨率绝对值角度编码器。装置和设备中。二、绝对值编码器的输出码² 自然二进制码

5、8; 循环二进制码（格雷码）² 格雷码的特点：相邻的整数在他的数字表示中只有一个不同，可避免数字转换电路中出现很大的峰值电流（如，）² 二进制格雷码转换格式：高位保留次高位取（二进制）高位与次高位的“异或”运算三、绝对值编码器的输出形式² 并行输出：集电极开路输出，推挽输出，电压输出² 串行输出：，模拟量，电压输出、并行输出多少位（码道）绝对值编码器就有多少根信号电缆，每根电缆代表一位数据，以电缆输出电平的高低代表或，物理器件与增量值编码器相似，有集电极开路，型，差分驱动，推挽式，差分高电平有效或低电平有效来针对或的物理器件格式，并行输出一般以格雷码形式

6、输出，又称格雷码编码器电压输出原理示意图：说明：横轴表示长度速度等（可自定义），纵轴表示信号输出的模拟量模拟量输出原理示意图：说明：横轴表示长度速度等（可自定义），纵轴表示信号输出的模拟量² 绝对值数字码盘，内置信号转换模拟电流输出，方便连接各种设备。² 对应值、对应值任意设定及微调；方向设定；外部置位线设定预设位置，安装方便，无需找零。、同步串行（）输出接口（差分模式，最新的差分负相是正相滞后°），由主设备发送时钟信号，从设备根据主设备所发送的时钟信号返回数据。下面图示为典型的信号时序图，我将根据该图做解释，由于在选择器件的时候存在差异性，所以应适当调整各个时间

7、段。² 时钟为周期性中断的脉冲，脉冲数由从设备所送出的位数决定。时钟中断停止状态为高电平。² 时钟的频率为从设备所支持的频率范围，须知频率越快，数据越不稳定，传输的距离也越近，在实际使用中，现场环境的干扰、传输电缆的选择、接地的好坏等都成为数据可靠阻碍，需要根据现场来解决。² 图示中可以看到，表示设备准备好可以发送的数据所需要的时间，从设备在接收到主设备所发送的第一个时钟下降沿时开始准备，该时间越短，代表了所使用的器件运算速度越快。代表时钟周期。代表数据高位，代表数据低位，代表设备接收时钟上升沿后发送数据的延迟，代表数据中断信号，从设备接收到的高电平时，将为下个周

8、期做准备² 此类型编码器具有国际流行的同步串行接口，可与德国西门子等系统接口通讯，具有速度快，效率高等优点、异步串行（）输出是由（现为施耐德电气公司的一个品牌）在年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。为更好地普及和推动在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将协议的所有权移交给（，分布式自动化接口）组织，并成立了组织，为今后的发展奠定了基础。在中国，已经成为国家标准。据不完全统计：截止到年，的节点安装数量已经超过了万个。协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了

9、它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用协议发出。在其它网络上，包含了协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。此协议支持传统的、和以太网设备。许多工业设备，

10、包括，智能仪表等都在使用协议作为他们之间的通讯标准、设备通信协议：口通信协议采用通信协议（方式）。数据字节格式：起始位数据位奇偶校验位停止位或（）奇偶校验位为无、偶校验、奇校验三种。当无奇偶校验位时，停止位位为标准格式，当有奇偶校验位时，停止位为位。无奇偶校验位为出厂基本格式。波特率：出厂默认设置：无奇偶校验位波特率地址改变参数时，不要定时发送为避免损坏器件内部结构。发送一次返回数据匹配代表设置成功。功能码：利用通信协议的功能码，读取编码器数值。主机的命令格式是从机地址、功能码、起始地址、字节数及码。从机响应的命令格式是从机地址、功能码、数据区及码。数据区的数据是二进制码，两个字节，高位在前。

11、码是两个字节，低位在前。信息帧格式举例：、（读取编码器实时数据位二级圈）主机呼：从机地址为。起始地址读取点数校验码低高编码器答：数据校验码、（读取实时数据位二级圈）主机呼：从机地址为。起始地址读取点数校验码低高编码器答：数据数据校验码高中低上面，等均为一个字节。数据为两个字节，高位字节在前。每帧的开头和结尾至少有个字节时间的间隔。用户在为主机编程时，除了站号（地址）和校验码之外，其它字节的字符均采用上面的内容不变。主机格式中的读取点数可以为也可以为（是为了兼容某些协议）。从机回答帧中的功能码（）不变。、（查询设备地址）主机呼：校验码、主机呼：（新址）编码器答：（设置成功）校验码新址、（改变设备

12、波特率、零位、方向）主机呼：（参数）编码器答：（参数）（设置成功）校验码地址、参数定义：设置当前为零位正进位反进位波特率波特率波特率波特率波特率、计算码的步骤为：、预置位寄存器为十六进制（即全为）。称此寄存器为寄存器；、把第一个位数据与位寄存器的低位相异或，把结果放于寄存器；、把寄存器的内容右移一位（朝低位），用填补最高位，检查最低位；、如果最低位（移出去的那一位）为：重复第步（再次移位）如果最低位（移出去的那一位）为：寄存器与多项式（）进行异或；、重复步骤和，直到右移次，这样整个位数据全部进行了处理；、重复步骤到步骤，进行下一个位数据的处理；、最后得到的寄存器即为码。、将结果放入信息帧时，将

13、高低位交换，低位在前。、总线输出配置及通讯协议通讯详细参数 支持协议版本和版本；标准帧位标识符（） 驱动数据总线的速率： 编码器更新率：数据传输格式：参数设置：编码器出厂波特率设置为，节点号设置为，编程循环时间为。数据格式说明：指令字节索引字节字节低位高位子索引字节字节低位数据字节字节字节高位组成说明：功能代码设备地址可以使用的功能代码功能（）（）代码（）（）（）（）（）（）（）（）（）为从上位机角度出发，即为编码器数据发出，为编码器数据接收。绝对式编码器设置说明：下面涉及到的总线数据个格式均是，所有的数据都是进制的格式，假设编码器的节点号是。均为一、发送：，启动号节点或发送：，点动号编码器编

14、码器回复：，低八位，中八位，高八位，回传数据二、发送：进入配置模式再发送：设置新的节点地址为编码器回复：成功三、发送：进入配置模式再发送：设置新的波特率（为，为，为）编码器回复：成功四、发送：，号节点正进位编码器回复：，五、发送：，号节点逆进位编码器回复：，六、发送：，号节点置中编码器回复：，七、发送：，为号节点为数据定时发送次编码器回复：，八、发送：，号节点数据定时发送次编码器回复：，四、编码器数据检测方法如图所示，在编码器没有旋转的状态下采集到数据为：帧头字节数据字节，高位在前校验和字节说明：此编码器数据为位二进制编码器数据，合并数据字节为换算成十进制为 角度换算公式为（°

15、15;） 校验和计算公式（）五、旋转编码器的安装注意事项、机械方面² 由于编码器属于高精度机电一体化设备，所以编码器轴与用户端输出轴之间需要采用弹性软连接，避免因用户轴的串动、跳动而造成编码器轴系和码盘的损坏² 安装时注意允许的轴负载² 应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度，与轴线的偏角°² 安装时严禁敲击和摔打碰撞，以免损坏轴系和码盘² 长期使用时，定期检查固定编码器的螺钉是否松动（每季度一次）、电气方面²²²²²²²编码器的输出线彼此不要搭接，以免损坏输出电路编

16、码器的信号线不要接到直流电源上或交流电流上，以免损坏输出电路与编码器相连的电机等设备，应接地良好，不要有静电开机前，应仔细检查，产品说明书与编码器型号是否相符，接线是否正确长距离传输时，应考虑信号衰减因素，选用具备输出阻抗小，抗干扰能力强的型号常用工作电压：尽量采用短距离以内，避免精度不达标信号衰减错码等问题、环境方面² 编码器是精密仪器，使用时须注意周围有无振源及干扰源² 不是防漏结构的编码器不要溅上水、油等，必要时要加上防护罩² 注意环境温度、湿度是否在仪器使用要求范围之内六、防护等级体系：表示（进入防护）。第一标记数字如表示防尘保护等级（表示无灰尘进入，参见

17、下表）第二标记数字如表示防水保护等级（表示防护水的喷射，参见下表）数字定义防止固体物质入侵第一个数字定义描述无防护。无专门的防护。防护直径和更大的固体外来物。防护表面积大的物体比如手（不防护蓄意侵入）。防护直径和更大的固体外来物。防护手指或其他长度不超过的物体。防止液体入侵第二个数字定义描述无防护。无专门的防护。防护水滴（垂直落下的水滴）设备倾斜度时，防护水滴。垂直落下的水滴不应引起损害。防护直径和更大的固体外来防护溅出的水。以度角从垂直线两侧物。防护直径或厚度超过的工具、金属线等。防护直径和更大的固体外来物。防护厚度大于的金属线或条状物。防护灰尘。不可能完全阻止灰尘进入，但灰尘进入的数量不会

18、影响设备的正常运行。不透灰尘。无灰尘进入。溅出的水不应引起损害。防护喷水。当设备倾斜正常位置度时，从任何方向对准设备的喷水不应引起损害。防护射水。从任何方向对准设备的射水不应引起损害。防护大浪。大浪或强射水进入设备的水量不应引起损害。防护浸水。在定义的压力和时间下浸入水中时，不应有能引起损害的水量侵入。防护水淹没。在制造商说明的条件下设备可长时间浸入水中。防水测试（）的测试方法和主要的测试条件定义如下：测试方法喷嘴的喷水口内径为，放于距离测试样品之处。水流速率±测试持续时间但是至少持续分钟。测试条件从每个可行的角度对测试样品喷射。七、工程现场与实验室的干扰区别：很多人有这样一个困惑，

19、一些工程设备在办公室试的时候还是好好的，没有任何问题，可是一旦到了现场，接二连三的问题就接踵而来，而且问题会很奇怪，有些现象都不能用迄今为止最实用快捷的方式替换法来解决。这是令人很头痛的问题，须知解决问题的前提条件是发现问题，如果问题都没有发现，那谈什么都是空谈！以下几点需要注意的地方：实际的操作与设计及工艺的要求往往会脱钩，出现问题第一步需要查的就是线路，是不是有接错线的问题，接线的地方是焊接的还是用接线端子的，是否有断线和接触不良的现象？焊点是不是太大引起线路容性增大！这些问题有时候往往被忽视，但是当出现的时候是很致命的，让人猝不及防又找不到问题所在。电源的稳定性。很多工程现场的电源都是从电源里面分两相出来用的，如果不做稳压的话是很不稳定的，如果分相不均匀，一、会造成电压过大或过小，但这不是重点