分类接触式编码器(结构、工作原理、提高精度的途径)光电
光电编码器细分原理
光电编码器细分原理
光电编码器细分原理是指通过对光电编码器的设计和算法进行改进，实现对编码器输出信号的数据细分。
光电编码器是一种能够将旋转或线性偏移运动转换为与运动位置相关的电信号的装置。
它通常包括光源、编码盘、光电感应器和信号处理电路等组成部分。
光电编码器细分原理主要包括以下几个方面：
1. 编码盘设计：通过设计精细的编码盘结构，将旋转运动或线性偏移运动在编码盘上分割成更小的单位，从而实现细分。
2. 光电感应器设计：光电感应器是用来感知编码盘上的编码线的器件。
通过提高光电感应器的灵敏度和采样频率，可以提高编码器的细分能力。
3. 信号处理算法：信号处理算法是对光电编码器输出信号进行处理和解码的重要环节。
常见的算法包括脉冲计数法、插值法、微分法等。
这些算法通过分析和处理编码器输出信号的脉冲数、波形形状和时间间隔等信息，实现对信号的细分。
4. 系统稳定性优化：在实际应用中，为了保证细分精度和稳定性，还需要对光电编码器的系统结构进行优化。
例如，减小机械传动误差、提高光电传感器的抗干扰能力等。
综上所述，光电编码器细分原理主要是通过设计和改进编码器的硬件结构和信号处理算法，实现对光电编码器输出信号的数据细分，从而提高编码器的分辨率和运动精度。
光电编码器基础学习知识原理与维修
高精度的光电编码器的结构及原理2009年06月12日星期五8:48本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。
一、光电编码器的介绍：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。
根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。
（一）、绝对式光电编码器绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。
图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。
通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。
如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、 (1111)a) b)按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。
当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样形成与编码方式一致的高、低电平输出，从而获得扇区的位置脚。
（二）、增量式光电编码器Increamental Optical-electrical Encoder增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。
它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器的工作原理是是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90o相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。
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。
光电式编码器
通常数控机床的机械原点与各铀的脉冲编码器发出Z相脉冲的位置
是一致的。
光源
码盘
光电元件
Z 零位脉冲 A 增量脉冲 B辨向脉冲
图6.30 增量式编码器的结构图
（2）绝对式编码器
1）码制和码盘 码盘按其所用码制可分为:二进制、循环码(葛莱码)、十进
绝对式编码器图案不均匀，几位编码器其码盘上就有几位码 道，在编码器的相应位置都可输出对应的数字码，在码盘运动过 程中读取这些代码，即能实时测得坐标的变化。这种方法的优点 是坐标固定与测量以前状态无关，不需起动时的位置重合，抗干 扰能力强，无累积误差，具有断电位置保持，在不读数的范围内 移动速度可超越极限响应速度，不需要方向判别和可逆计数，信 号并行传送等。缺点是结构复杂、价格高，为提高分辨率需要提 高码道数目或者使用减速齿轮机构组成双码盘机构，将任意位置 取作零位时需进行一定的运算。
2．光电式编码器的接口与安装使用注意事项
（1）机械方面
编码器轴与用户端输出轴之间通过联轴节连接如下图所示， 避免因用户轴的串动、跳动，造成编码器轴系和码盘的损坏。应 保证编码器轴与用户轴的不同轴度＜0.2mm，与轴线的偏角＜1.5o 安装时严禁敲击和摔打碰撞，以免损坏轴系和码盘。 (2）电气方面
编码器的输出线不能与动力线等绕在一起或同一管道传输， 也不宜在配电盘附近使用，配线时采用屏蔽电缆，可以参照下图 进行配线。
增量式编码器图案和光脉冲信号均匀，可将任意位置作为基 准点，从该点开始按一定的量化单位检测位移或转角，计量脉冲 数即可折算为位移或转角。该方法因无确定的对应测量点，一旦 停电则失掉当前位置，且速度不可超越计数器极限响应速度，此 外由于噪声影响可能造成计数积累误差。优点是其的零点可任意 预置，且测量速度仅受计数器容量限制。
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
编码器工作原理
编码器工作原理引言概述：编码器是一种用于将运动转换为数字信号的设备，常用于测量旋转角度或线性位移。
它在许多领域中都有广泛的应用，如机械制造、自动化控制、机器人技术等。
本文将介绍编码器的工作原理及其应用。
一、编码器的类型1.1 光学编码器：利用光学传感器来检测运动物体的位置，常见的有绝对光学编码器和增量光学编码器。
1.2 磁性编码器：利用磁性传感器来检测运动物体的位置，常见的有绝对磁性编码器和增量磁性编码器。
1.3 其他类型：还有许多其他类型的编码器，如电容编码器、霍尔编码器等。
二、编码器的工作原理2.1 光学编码器工作原理：光学编码器通过光栅盘和光电传感器来实现位置的检测，光栅盘上的光栅条通过光电传感器产生信号，经过处理后得到位置信息。
2.2 磁性编码器工作原理：磁性编码器通过磁性条纹和磁性传感器来实现位置的检测，磁性条纹上的磁性信息被磁性传感器检测并转换为位置信息。
2.3 编码器信号处理：编码器输出的信号经过信号处理电路进行处理，包括滤波、放大、数字化等步骤，最终得到准确的位置信息。
三、编码器的应用领域3.1 机械制造：编码器常用于数控机床、机器人等设备中，用于准确测量位置和速度，实现精密加工。
3.2 自动化控制：编码器在自动化控制系统中起到重要作用，用于反馈位置信息，实现闭环控制。
3.3 机器人技术：编码器是机器人关节的重要组成部分，用于控制机器人的姿态和位置，实现精准运动。
四、编码器的优势4.1 高精度：编码器能够实现高精度的位置测量，满足各种应用领域的需求。
4.2 高稳定性：编码器具有良好的稳定性和可靠性，能够长时间稳定工作。
4.3 高速度：编码器能够快速响应运动信号，实现高速运动控制。
五、编码器的发展趋势5.1 高分辨率：随着技术的不断进步，编码器的分辨率将不断提高，实现更加精密的位置测量。
5.2 多功能性：未来的编码器将具有更多的功能，如温度补偿、自动校准等功能。
5.3 集成化：编码器将越来越趋向于集成化设计，减小体积、提高性能。
编码器类型与原理介绍
编码器类型与原理介绍编码器是一种将输入信号转换为相应编码形式的电子器件。
它将输入信号进行数字化处理，并通过编码方式将其转换为数字编码输出。
编码器广泛应用于通信系统、计算机、嵌入式系统等领域，是实现信息传输和数据处理的重要组成部分。
根据编码原理和应用场景不同，可以将编码器分为多种类型，常见的有磁性编码器、光电编码器、旋转编码器等。
磁性编码器是利用磁性原理进行编码的一种编码器。
它主要由磁性编码盘和读取头组成。
编码盘上有一定规律的磁性标记，读取头通过检测磁场的变化来获取编码信息。
当读取头与编码盘相对运动时，根据磁性标记的不同位置和磁场的变化情况，读取头可以获取相应的数字编码输出。
磁性编码器具有高分辨率、抗干扰能力强等特点，广泛应用于精密测量、机械控制等领域。
光电编码器是利用光学原理进行编码的一种编码器。
它主要由光电器件和编码盘组成。
编码盘上有一定规律的光学标记，光电器件通过检测光的变化来获取编码信息。
当光电器件与编码盘相对运动时，根据光学标记的不同位置和光的变化情况，光电器件可以获取相应的数字编码输出。
光电编码器具有高分辨率、抗干扰能力强等特点，广泛应用于自动化控制、数控机床等领域。
旋转编码器是一种常用的编码器，也称为编码开关。
它主要由转轴、码盘和编码器模块组成。
当旋转编码器的转轴旋转时，码盘上的触点会与编码器模块接触或脱离，从而改变输出的编码。
旋转编码器一般具有两个输出通道，分别用于正转和反转编码。
旋转编码器广泛应用于音频设备、机器人、游戏手柄等领域。
编码器的工作原理一般分为几个主要步骤：信号检测、数字化处理和输出编码。
首先，编码器通过传感器、探针等方式对输入信号进行检测，将其转化为电子信号。
然后，通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，对其进行滤波、放大、采样等处理，将其转化为数字编码。
最后，根据编码原理将数字编码转换为二进制编码、脉冲编码等形式的输出。
编码器的输出可以直接接入计算机、控制器等设备，进行后续处理和控制。
(完整)光电编码器的工作原理【详情】
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，为判定旋转方向,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、尽对式以及混合式三种。
1、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，从而可方便地判定出旋转方向，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，机械均匀寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长间隔传输。
其缺点是无法输出轴转动的尽对位置信息.2、尽对式编码器尽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 N位二进制分辨率的编码器,其码盘必须有N条码道.目前国内已有16位的尽对编码器产品。
3、混合式尽对值编码器混合式尽对值编码器，它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位置，带有尽对信息功能;另一组则完全同增量式编码器的输出信息。
光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输进给轴的角度量，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，精度高，工作可靠，接口数字化等优点。
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编码器的分辨率取决于码道的数目n
360 n 2
位数越多，分辨精度越高。当然分辨精度越 高，对码盘和电刷的制作和安装要求越严格。一 般取n＜9
存在问题：
由于四个电刷扫描的不同步引起错码
产生非单值误差
另外：电刷安装不精确引起的机械偏差，码盘制作和 安装不准
提高精度的途径：（防止错码出现）
１、采用循环码盘： 循环码的特点 是相邻两个数码间 只有一位变化，即 使制造或安装不精 确，产生的误差最 多也只是最低位， 在一定程度上可消 除非单值误差。因 此采用循环码盘比 8-4-2-1码盘的精度 更高。
有三个码道：最外圈——零位码道 中间——外圈A码道 最内圈——B码道
脉冲盘式编码器只能用于测量相对于上一次的角度 增量，因此称为增量式编码器。 它的精度取决于码盘的精度。
脉冲盘式编码器的辨向方式
设计A、B码道就是实现辨向功能
脉冲盘式编码盘两个码道产生的光电脉冲被两个光 电元件接收，产生A、B两个输出信号，这两个输出信 号经过放大整形后，产生P1和P2脉冲，将它们分别接 到D触发器的D端和CP端。
只介绍V扫描法 ：
V扫描法是在最低位码道上安装一电刷，其他位 码道上均安装有两个电刷：一个电刷位于被测位置的 前边，称为超前电刷；另一个放在被测位置的后边， 称为滞后电刷。
光电式编码器（码盘式编码器）
结构 工作原理 提高分辨率的方法
光电式编码器的结构、工作原理
光电式编码器的最大特点是非接触测量，允许高速转动 它是采用光电原理制成。 包括：光源、光学系统、码盘、光电元件和测量电路
码盘：在码盘上按照编码的图形，制作出磁化区和
非磁化区
电刷：采用小型的磁环或马蹄形磁芯作为磁头。磁头
上有两组绕组线圈，一组是激励线圈，另一组是输出 线圈。
脉冲盘式数字传感器
结构 工作原理 旋转方向的判 断
脉冲盘式数字传感器的结构和工Fra bibliotek原理脉冲盘式编码器又称为增量编码器，它不能直接 产生几位编码输出。
码盘：光电式编码器的码
盘是一块圆形的光学玻璃，采 用照相腐蚀工艺，在码盘上刻 出透光和不透光的码形。并采 用光电转换元件代替接触式编 码器地电刷。
光电编码器的精度取决于码盘的精度。
提高分辨率的方法——插值法
若码盘已有14条（位）码道，在14位的码道上增加1 条专用附加码道，如图：
电磁式编码器
在数字式传感器中，电磁式编码器是近年发展起来的一 种新型电磁敏感元件，它是随着光电式编码器的发展而发展起 来的。光电式编码器的主要缺点是对潮湿气体和污染敏感，但 可靠性差，而电磁式编码器不易受尘埃和结露影响，同时其结 构简单紧凑，可高速运转，响应速度快（达500～700kHz）， 体积比光电式编码器小，而成本更低，且易将多个元件精确地 排列组合，比用光学元件和半导体磁敏元件更容易构成新功能 器件和多功能器件。
接触式编码器（码盘式编码器）
结构 工作原理 提高精度的途径
结构和工作原理
接触式编码器由码盘和电刷组成 码盘:是利用制造印刷电路板的工艺，在铜箔
板上制作某种码制图形（如8-4-2-1码等）的盘 式印刷电路板。
电刷:是一种活动触头结构，在外界力的作用
下旋转码盘时，电刷与码盘接触处就产生某种 码制的某一数字编码输出。
0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2、扫描法：
这种方法的原理是根据二进制码的特点设计的。二 进制码是从最低位向高位逐级进位的，最低位变化最 快，高位逐渐减慢。 扫描法有V扫描、U扫描以及M扫描。
应用：
长春第一光学仪器厂生产的CHA系列实心轴增量式编码器， 其外径 40，轴径 6
角 度
电刷位置 二进制码（B） 循环码（R） 十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7
8
9 10 11 12 13 14 15
a b c d e f g h i j k l m n o p
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
工作原理：(以四位二进制码盘为例 )
8421码： 是最基本、最简单 的二进制码，是用 四位 二进制来表示 一位等值的十进制 数，共十六种组合。
以8421制作的码盘和旋转轴固定在一起。 码盘上有四圈码道，相应地，对应码道上有一个电刷。四 个电刷沿着一个固定的径向 安装。
涂黑处为导电区，电刷接触导电部分时，输出高电平（“1”） 白处为绝缘区 ，电刷接触绝缘部分时，输出低电平（“0”）
第五章 编码器
分类 接触式编码器（结构、工作原理、提高精度的 途径） 光电式编码器（结构、工作原理、提高分辨率 的方法） 电磁式编码器 脉冲盘式数字传感器（结构、工作原理、旋转 方向的判断） 应用
分类：
编码器主要分为 脉冲盘式（增量编码器） 码盘式（绝对编码器）
接触式
码盘式
电磁式 非接触式编码器 光电式