编码器类型-编码器原理 堡盟 Baumer Motion Basic Training
编码器的类型与原理
编码器的类型与原理编码器是一种电子设备，用于将模拟信号或数字信号转换为特定的编码形式。
它是数字通信系统中的重要组成部分，常用于数据传输、信号处理、遥控系统等应用中。
根据不同的工作原理和应用领域，编码器可以分为多种类型。
一、模拟信号编码器模拟信号编码器是将连续变化的模拟信号转换为数字编码的设备。
最常见的模拟信号编码器是脉冲编码调制（PCM）编码器。
PCM编码器通过将模拟信号进行采样、量化和编码处理，将信号转换为数字编码，提高了信号的传输和处理效率。
PCM编码器通常由模拟-数字转换器（ADC）和编码器组成。
二、数字信号编码器数字信号编码器是将已经是数字形式的信号进行特定编码处理的设备。
常见的数字信号编码器包括霍夫曼编码器、熵编码器、差分编码器等。
这些编码器通过在信号中引入冗余、压缩信息等技术手段，对信号进行编码，提高信号传输的可靠性和效率。
数字信号编码器通常由编码器和调制器（调制器）组成。
三、音频编码器音频编码器是将模拟音频信号或数字音频信号进行特定编码处理的设备，常用于音频压缩、音频传输等应用中。
常见的音频编码器有MP3编码器、AAC编码器、FLAC编码器等。
这些编码器通过压缩音频信号中的冗余信息和不可察觉的信号成分，实现了音频数据的高压缩比，并在保证音质的前提下实现了低比特率的音频传输。
四、视频编码器视频编码器是将模拟视频信号或数字视频信号进行特定编码处理的设备，常用于视频压缩、视频传输等应用中。
常见的视频编码器有H.264编码器、H.265编码器、VP9编码器等。
这些编码器通过压缩视频信号中的冗余信息和不可察觉的信号成分，实现了视频数据的高压缩比，并在保证画质的前提下实现了低比特率的视频传输。
五、位置编码器位置编码器是将位置信息转换为特定编码形式的设备，常用于机器人控制、导航系统等应用中。
常见的位置编码器有光学编码器、磁性编码器等。
这些编码器通过将物理位置信息转换为数字编码，实现了对位置的高精度测量和控制。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种常用的电子设备，用于将物理量转换为数字信号或者编码信号。
它在许多领域中都有广泛的应用，如工业自动化、机器人技术、通信系统等。
本文将详细介绍编码器的工作原理及其应用。
一、编码器的定义和分类编码器是一种能够将输入的物理量转换为数字信号或者编码信号的设备。
根据输入物理量的不同，编码器可以分为角度编码器和线性编码器两种。
1. 角度编码器：角度编码器用于测量旋转角度。
它通常由一个旋转的轴和一个固定的编码盘组成。
编码盘上有许多刻度线，当轴旋转时，光电传感器会检测到刻度线的变化，并将其转换为数字信号或者编码信号。
2. 线性编码器：线性编码器用于测量线性位移。
它通常由一个固定的刻度尺和一个挪移的读头组成。
刻度尺上有许多刻度线，当读头挪移时，光电传感器会检测到刻度线的变化，并将其转换为数字信号或者编码信号。
二、编码器的工作原理编码器的工作原理基于光电传感技术或者磁电传感技术。
下面将分别介绍这两种工作原理。
1. 光电传感技术光电传感技术是最常用的编码器工作原理之一。
它利用光电传感器来检测刻度盘或者刻度尺上的刻度线。
光电传感器通常由发光二极管和光敏电阻组成。
当光电传感器接收到发光二极管发出的光线时，光线会被反射或者透过刻度盘上的刻度线，然后被光敏电阻接收。
根据光线的反射或者透射情况，光敏电阻的电阻值会发生变化。
编码器会测量光敏电阻的电阻值变化，并将其转换为相应的数字信号或者编码信号。
2. 磁电传感技术磁电传感技术是另一种常用的编码器工作原理。
它利用磁传感器来检测刻度盘或者刻度尺上的磁场变化。
磁传感器通常由霍尔元件或者磁阻元件组成。
当磁传感器接近刻度盘或者刻度尺时，磁场的变化会影响到霍尔元件或者磁阻元件的电阻值或者电压输出。
编码器会测量这些电阻值或者电压输出的变化，并将其转换为相应的数字信号或者编码信号。
三、编码器的应用编码器在许多领域中都有广泛的应用。
下面将介绍一些常见的应用场景。
1. 工业自动化：编码器常用于工业机械设备的位置检测和运动控制。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种常见的电子设备，用于将物理量转换成数字信号或者编码形式，以便于处理和传输。
它在许多领域中都有广泛的应用，例如工业自动化、通信系统、机器人技术等。
本文将详细介绍编码器的工作原理。
一、编码器的基本原理编码器的基本原理是通过测量和转换输入物理量来生成相应的输出编码。
常见的编码器有旋转编码器和线性编码器两种。
1. 旋转编码器旋转编码器主要用于测量旋转角度或者位置。
它通常由一个旋转轴和一个带有刻度的圆盘组成。
当旋转轴转动时，圆盘上的刻度会与一个传感器进行接触或者挨近，从而生成相应的输出信号。
旋转编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器两种类型。
- 增量式编码器：增量式编码器通过测量旋转轴的角度变化来生成脉冲信号。
它通常由一个光电传感器和一个光栅刻度组成。
当旋转轴旋转时，光栅刻度会使光线在光电传感器上产生脉冲变化，从而生成输出信号。
增量式编码器可以提供角度变化的方向和速度信息。
- 绝对式编码器：绝对式编码器可以直接测量旋转轴的绝对位置。
它通常由一个光电传感器和一个二进制码盘组成。
二进制码盘上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生特定的脉冲组合，从而生成输出信号。
绝对式编码器可以提供旋转轴的精确位置信息。
2. 线性编码器线性编码器主要用于测量直线位移或者位置。
它通常由一个测量尺和一个传感器组成。
当测量尺挪移时，传感器会测量到相应的位移并生成输出信号。
线性编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器两种类型。
- 增量式编码器：增量式线性编码器通过测量测量尺的位移变化来生成脉冲信号。
它通常由一个光电传感器和一个光栅尺组成。
当测量尺挪移时，光栅尺上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生脉冲变化，从而生成输出信号。
增量式线性编码器可以提供位移变化的方向和速度信息。
- 绝对式编码器：绝对式线性编码器可以直接测量测量尺的绝对位置。
它通常由一个光电传感器和一个二进制码尺组成。
二进制码尺上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生特定的脉冲组合，从而生成输出信号。
编码器工作原理图解
编码器工作原理图解
编码器是一种将输入信息转化为特定编码格式的设备或程序。
它可以将输入的数据转换成数字、二进制或其他特定格式的编码形式。
在工作原理上，编码器通常包含以下组件：
1. 输入信号：编码器接收来自外部设备或系统的输入信号。
这些输入信号可能是来自传感器、开关、键盘等的物理量、逻辑状态或字节数据。
2. 编码器芯片：编码器芯片是整个编码器的核心部件。
它根据输入信号的类型和规范，将其转化为特定的编码格式。
编码器芯片内部通常包含逻辑门、移位寄存器和计数器等电子元件，用于实现特定的编码算法。
3. 编码算法：编码算法是编码器芯片内部的一套逻辑流程。
它根据输入信号的特性和编码要求，通过逻辑门、移位寄存器、计数器等组件的组合和操作，将输入信号转换为特定的编码形式。
编码算法的具体实现取决于编码器芯片的设计和规格。
4. 编码输出：编码器将编码算法处理后的结果输出为特定的编码形式。
这些输出可以是电平信号、脉冲序列、数字代码或其他根据编码器芯片和应用需求而定的形式。
5. 输出接口：编码器的输出接口将编码输出传递给外部设备或系统。
这些接口可以是数字输入/输出线、通信总线、串行数
据端口等，用于与其他设备或系统进行数据交换。
通过以上的工作原理和组件，编码器可以将输入信号转换为特定编码形式的输出。
这样，编码器可以用于数据压缩、信息传输、信号处理、位置控制等各种应用领域。
编码器分类及原理
编码器分类及原理生活中经常使用的电梯是如何精确的把人们送到指定楼层的？机床又是如何做到精确切割物料的？伺服电机又是如何保证旋转位置精度的？这一切都要归功于一种神器——编码器，可是编码器又是什么？他又是如何精确的测量电机位置的呢？今天就来聊一聊编码器。
一、什么是编码器编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。
他是工业中常用的电机定位设备，可以精确的测试电机的角位移和旋转位置。
图 1 编码器二、编码器分类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。
◆增量式增量式编码器通常有3个输出口，分别为A相、B相、Z相输出，A相与B相之间相互延迟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。
增量测量法的光栅由周期性栅条组成。
位置信息通过计算自某点开始的增量数（测量步距数）获得。
由于必须用绝对参考点确定位置值，因此圆光栅码盘还有一个参考点轨。
◆绝对式绝对式编码器就是对应一圈，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。
编码器通电时就可立即得到位置值并随时供后续信号处理电子电路读取。
无需移动轴执行参考点回零操作。
绝对位置信息来自圆光栅码盘，它由一系列绝对码组成。
单独的增量刻轨信号通过细分生成位置值，同时也能生成供选用的增量信号。
单圈编码器的绝对位置值信息每转一圈重复一次。
多圈编码器也能区分每圈的位置值。
图 2 绝对式旋转编码器的圆盘光栅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。
编码器分类及工作原理
编码器分类及工作原理编码器是一种常用的电子设备，用于将模拟信号或数字信号转换为特定编码格式的信号，以便传输、存储或处理。
根据其分类和工作原理的不同，编码器可以分为以下几种类型：1. 数字编码器：数字编码器将模拟信号转换为数字信号，常见的数字编码器有模数转换器（ADC）和带通滤波器。
ADC将连续变化的模拟信号转换为数字形式，通常通过采样和量化来实现。
带通滤波器则用于从连续模拟信号中提取特定频段的信号。
2. 脉冲编码器：脉冲编码器将输入信号转换为脉冲序列。
它通常使用不同的脉冲宽度、脉冲间隔或脉冲位置来表示不同的输入信号。
常见的脉冲编码器有脉冲编码调制（PCM）和脉冲位置调制（PPM）等。
3. 压缩编码器：压缩编码器将输入信号进行压缩，以减少数据的存储空间或传输带宽。
压缩编码器使用各种算法和技术，如无损压缩和有损压缩，以实现高效的数据压缩。
4. 视频编码器：视频编码器是一种专门用于处理视频信号的编码器。
它将视频信号转换为数字格式，并使用特定的视频编码算法，如H.264、MPEG-2等，对视频数据进行压缩和编码。
5. 音频编码器：音频编码器将音频信号转换为数字格式，并使用特定的音频编码算法，如MP3、AAC等，对音频数据进行压缩和编码。
编码器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 信号采集：编码器通过传感器或输入接口采集输入信号，可以是模拟信号或数字信号。
2. 信号处理：采集到的信号经过预处理，如滤波、放大、抽样等，以满足编码器的要求。
3. 信号编码：编码器根据所采用的编码算法，将输入信号转换为特定的编码格式。
编码过程可以包括量化、编码表查找、差分编码等操作。
4. 编码输出：编码后的信号以数字形式输出，可以传输给其他设备、存储到介质中或进行进一步处理。
编码器在许多领域中广泛应用，如通信、音视频处理、数据存储和传输等。
它们通过将信号转换为特定的编码格式，提高了信号的传输效率、存储空间利用率和处理速度，对现代电子技术的发展起到了重要作用。
编码器的类型与原理
十进制与格雷码的参照
绝对值编码器的输出形式
1 并行输出模式 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1或0，物理器件与增量 值编码器相似 ，有集电极开路PNP,NPN型, 差分驱动,推挽式，差分高电平有效或低电平 有效来针对PNP或NPN的物理器件格式 ,并 行输出一般已格雷码形式输出,又称格雷码编 码器
增量式编码器特点
编码器每转动一个预先设定的角度将输出 一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量 来计算旋转的角度，因此编码器输出的位 置数据是相对的 由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的 起始位可以任意设定 由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度 数据会丢失需要重新复位
增量式编码器问题
1 增量型编码器存在零点累计误差 2 抗干扰较差， 3 接收设备的停机需断电记忆，开机应找 零或参考位等问题 绝对值编码器的出现正好解决了这些问题
1
2 旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规 律，因此当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合， 转子绕组产生感应电动势，如图4-9所示。其输出电压的 大小取决于转子的角向位置，即随着转子偏移的角度呈 正弦变化。由变压器原理，设原边绕组匝数为N1，副边 绕组匝数为N2，k=N1/N2为变压比，当原边输入交变电 压
Connect the shield in the Sub D on the encoder 用屏蔽的D型接口连接编码器
Connect the shield to the electronics shield clamp of the inverter
在变换器的电路板上用线卡连接
Connect the shield to the PG fitting of the encoder 编码器用屏蔽的PG接口连接
国内常用国外的编码器种类及品牌
国内常用编码器种类及品牌编码器（欧美高端）：海德汉Heidenhain （德国），编码器第一品牌。
倍加福 P+F （德国），各类常用编码器，占有一定中国市场。
霍勒 Hohner (德国，西班牙)，编码器第二大生产厂商。
RESATRON （德国），脉冲可达100000PPR，多圈至29BIT。
亨士乐Hengstler (德国)，钢铁行业，化工行业等。
霍普纳 Hubner-berlin（德国)，中高端级应用，价格较高。
霍普纳 Hubner-giessen(德国)，重工行业，适用恶劣环境。
施克 STEGMANN （德国），主要用于机床、电机回馈系统等方面。
梅尔 MEYER （德国），主要应用：造纸机械。
库柏 KUBLER （德国），品种齐全，应用广泛。
希科 SIKO (德国)，磁性设计，耐潮湿，耐油污。
帝尔 T+R (德国)。
LENORD+LINDE （德国）。
兰宝LENORD+BAUER （德国）。
FRABA （德国）。
ELTRA （德国）。
图尔克 TURCK （德国）。
莱卡 LIKA （意大利），获得ESA认证，适用航空、烟机等。
艾西斯 ELCIS （意大利）。
SCANCON (丹麦)，微型高精度编码器及防爆编码器。
堡盟 Baumer (瑞士)，高精度，高安全性，所占空间少。
莱纳林德LEINE LINDE（瑞典）。
丹纳赫Danaher (美国)，供应ACURO系列编码器。
艾迪克BEI IDEACOD （法国）。
日韩品牌（中低端）：欧姆龙 OMRON （日本）以小型编码器居多，价格低廉。
内密控 NEMICON （日本）小型编码器，产品稳定。
多摩川TAMAGAVA （日本）伺服电机，电梯应用较多光洋 KOYO （日本）同上，主要为TRD系列。
奥托尼克斯Autonics (韩国) 市场以E40系列较多。
MTL （日本）以位置测量见长。
选用的是增量型还是绝对型编码器，绝对型有断电记忆功能，开机不用找零点，这是原理决定的，增量型不行，所以，绝对型编码器一般是增量型价格的好几倍，如果是增量型的选型，脉冲多少，电压多少，输出电路什么（跟后继电路要匹配），出线方式是什么，电缆还是插头，要几米，安装方式如何，（出轴还是空心或者半空），振动性如何，IP防护等级如何（视环境和应用而定）。
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编码器种类
Baumer electric
编码器的分类
encoders
incremental
absolute
optical
shaft through hollow shaft end hollow shaft
magnetic
shaft end hollow shaft
Incremental Encoders
Baumer electric
增量编码器输出信号： 增量编码器输出信号： 单通道信号 编码器码盘只有一圈光栅，编码 器有一对光电扫描系统，输出一 通道脉冲信号，后续设备根据单 位时间检测到的脉冲数及编码器 的分辨率计算出的角速度及线速度 信号输出如图：
通道A
可以测试速度 不能测试旋转方向
Absolute Encoders
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数据盘设计图
绝对输出信号
01111100
• 分辨率达到18BIT的绝对信号 • 格雷码与二进制码输出 • ASIC光电编码
shaft
photo diode array select Bit 1 comparators memory codeconverter output driver Bit n Bit 2
通道A 通道 B
可以测试速度 可以测试旋转方向
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Incremental Encoders
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增量编码器输出信号： 增量编码器输出信号： 3通道信号 在双通道编码器的基础上增加了 一个零位信号，用于基准点定位 一般测长度使用该信号，测速一 般不使用该信号。 信号输出如图： 通道A 通道 B 通道Z
输出信号电路 (1/2)
05V/24V Complementary line-driver (TTL) 适应于:
– 电磁兼容性环境 – 长电缆线 (最大到 1000 m) – 高的数据速率 (<300 kHz)
(refer to encoder catalog)
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介绍
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什么是编码器? 什么是编码器?
编码器是一个机械与电子紧密结 合的精密测量器件。 合的精密测量器件。 它通过光电原理或电磁原理将一 个机械的几何位移量 几何位移量转换为电子 个机械的几何位移量转换为电子 信号（ 信号（电子脉冲信号或者数据 串）。 这种电子信号通常需要连接到控 制系统(e.g. PLC、 制系统(e.g. PLC、高速计数模 变频器等), ),控制系统经过计 块、变频器等),控制系统经过计 算便可以得到测量的数据， 算便可以得到测量的数据，以便 进行下一步工作。 进行下一步工作。 编码器一般应用于机械角度、 编码器一般应用于机械角度、速 位置的测量。 度、位置的测量。
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Incremental Encoders
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增量编码器
显示速度与旋转方向 显示角度位置(脉冲累计) 角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失 分辨率通过每转多少脉冲表示
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rpm x number of pulses fmax = ——————————— 60
rpm = revolutions per minute
Example: Encoder with 1000 pulses and output signal circuit 24K (max. data rate fmax = 200 kHz) Question: What are the maximum revolutions per minute of this encoder ? Solution: rpm = ———————— = 12’000 rev/min Attention: Electrical rpm‘s never higher then mechanical rpm‘s !!!
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Incremental Encoders
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黑色为输出信号，红色为电磁干 扰，A-A=2A
Output A
Output A
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Incremental Encoders
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绝对值编码器
应用于角度测量及往复运动的测量 在0…360°的每一个角度位置传输一个唯一的信号 (单圈) 在测量的圈数中，每一圈，每一个位置都有唯一的信号（多圈） 即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零 ! 码盘材质一般为玻璃或高分子材料！
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200’000 Hz x 60 1’000 pulses
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Incremental Encoders
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增量编码器的产品范围
光电式增量编码器
• • • • 多种外型尺寸 轴型编码器 通孔型编码器 盲孔型编码器 24, 30, 40, 58, … mm BTIV, BDK, BDT, … BHF, BHG, BHW, … BTIH, BHK, BHT, …
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编码器介绍
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介绍
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主要内容
…什么是编码器 …编码器的种类 …编码器的主要组成部分 …增量编码器的原理 …绝对值编码器的原理 …编码器的机械安装 编码器的应用. …编码器的应用. …我们能够提供的总线接口
Incremental Encoders
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增量编码器脉冲盘设计图
增量信号可以达到 10’000 脉冲/圈 A/ B/ 0通道 ＋ 反相同道 0脉冲参考信号 编码器码盘的设计: 一般采用以下3种材质 玻璃码盘适宜于高精度, 镍和塑料码盘适宜于中等精度
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锂电池
霍尔传感器
磁簧继电器
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Absolute Encoders
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传统机械式绝对多圈编 码器 劣势
LED灯的寿命(4…30 用LED) 没有办法检测齿轮的 机械故障 任何编码器失效是一 个安全冒险 具体产品请见我们所拆的 别的品牌的样品…….
磁性编码器
• • • • 多种外型尺寸 轴型编码器 通孔型编码器 盲孔型编码器 30, 40, 58, … mm BRIV 30,BRIV 58 BRID 58, BRIH 40, BRIH 58
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Absolute Encoders
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(refer to encoder catalog)
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Incremental Encoders
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电气和机械分辨率
the correlation between the electrical and mechanical limits must be considered when choosing an encoder with the following equation the max. switching frequency or the max. revolutions can be calculate respectively checked
码盘
Training
磁编码器
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磁编码器读出原理
永久磁铁用来激发霍尔传感器 磁铁安装在轴的中心 磁场切割线圈产生电压 霍尔传感器检测方向和运动
永磁铁
霍尔传感器
Cross Hall sensor
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可以测试速度 可以测试旋转方向 可以定位
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Incremental Encoders
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增量编码器输出信号： 增量编码器输出信号： 6通道信号 在3通道编码器的基础上将每一通道信号增加一个反向输出，即为6通道 编码器，反向信号的存在主要是为了消除干扰及补偿损耗，以便可以 长距离的传输。 信号输出如图：
堡盟的多圈编码器 计 数时没有LED与齿轮 失效前将报警
Absolute Encoders
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绝对值和增量编码器的区别
增量编码器
绝对值编码器
一般用来测试速度与方向 也可以用角度测量，但在掉电 或电源出现故障时位置信息丢 失
传送在一转中每一步的唯一的位 置信息 位置信息一直可用,即使在掉电或 电源出现故障时 一般应用于角度测量及往复运动
optical
magnetic
single-turn
shaft through hollow shaft end hollow shaft
multi-turn
shaft through hollow shaft end hollow shaft
single-turn
shaft end hollow shaft
格雷码和二进制码
格雷码
二进制码