脉冲编码器的分类
光电脉冲编码器的工作原理
光电脉冲编码器的工作原理一、光电脉冲编码器简介光电脉冲编码器是一种常用于测量旋转角度和线性位移的装置。
它通过光电探测器和光栅来实现对位置的测量，并将位置信息转换为脉冲信号输出。
二、光电脉冲编码器的基本组成光电脉冲编码器由光电探测器、光栅、信号处理电路和输出接口等部分组成。
2.1 光电探测器光电探测器是光电脉冲编码器的核心部件，它主要负责将光信号转换为电信号。
常用的光电探测器有光电二极管和光电三极管等。
2.2 光栅光栅是光电脉冲编码器中的另一个重要组成部分，它通常由透明的玻璃或塑料制成，表面有一系列等距的透明和不透明条纹。
光栅的条纹数量决定了编码器的分辨率。
2.3 信号处理电路信号处理电路负责对光电探测器输出的电信号进行放大、滤波和数字化处理等，以便输出准确的位置信息。
2.4 输出接口输出接口将经过处理的位置信号转换为脉冲信号输出，常见的输出接口有脉冲输出和模拟输出两种形式。
三、光电脉冲编码器的工作原理光电脉冲编码器的工作原理基于光栅的运动和光电探测器的感光特性。
3.1 光栅的运动光栅通常与被测量的物体相连，当物体发生旋转或线性位移时，光栅也随之运动。
光栅的运动导致光栅上的条纹在光电探测器上产生连续的变化。
3.2 光电探测器的感光特性光电探测器对光的感光特性决定了它能够将光信号转换为电信号。
光栅上的透明和不透明条纹使得光电探测器在光栅运动时能够产生脉冲信号。
3.3 位置信号的获取光电探测器输出的电信号经过信号处理电路的放大、滤波和数字化处理后，可以获取到准确的位置信号。
根据光栅的运动方式，可分为增量式和绝对式两种光电脉冲编码器。
3.3.1 增量式光电脉冲编码器增量式光电脉冲编码器通过对光栅运动过程中的脉冲信号进行计数，可以获取到相对位置的变化。
它的输出脉冲数与位置变化成正比。
3.3.2 绝对式光电脉冲编码器绝对式光电脉冲编码器通过光栅上的编码信息，可以直接获取到绝对位置的值。
它的输出脉冲数与位置的绝对值成正比。
编码器知识详解
编码器主要分类编码器可按以下方式来分类。
1、按码盘的刻孔方式不同分类（1）增量型:就是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，依据延迟关系可以区分正反转，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。
（2）肯定值型:就是对应一圈，每个基准的角度发出一个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。
2、按信号的输出类型分为:电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出。
3、以编码器机械安装形式分类（1）有轴型:有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。
（2）轴套型:轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。
4、以编码器工作原理可分为:光电式、磁电式和触点电刷式。
常见故障1、编码器本身故障:是指编码器本身元器件消失故障，导致其不能产生和输出正确的波形。
这种状况下需更换编码器或修理其内部器件。
2、编码器连接电缆故障:这种故障消失的几率最高，修理中常常遇到，应是优先考虑的因素。
通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，这时需更换电缆或接头。
还应特殊留意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路，这时需卡紧电缆。
3、编码器+5V电源下降:是指+5V电源过低，通常不能低于4.75V，造成过低的缘由是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时需检修电源或更换电缆。
4、肯定式编码器电池电压下降:这种故障通常有含义明确的报警，这时需更换电池，假如参考点位置记忆丢失，还须执行重回参考点操作。
5、编码器电缆屏蔽线未接或脱落:这会引入干扰信号，使波形不稳定，影响通信的精确性，必需保证屏蔽线牢靠的焊接及接地。
6、编码器安装松动:这种故障会影响位置掌握精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警，请特殊留意。
脉冲编码器原理
脉冲编码器原理
脉冲编码器是一种常用于数字通信和数字信号处理的设备，用于将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
它采用脉冲信号的方法来对原始模拟信号进行采样和量化，然后将其编码为二进制数字，以便在数字系统中进行处理和传输。
脉冲编码器的原理是通过周期性地对模拟信号进行采样，将每个采样值量化为一个数字，然后将这些数字编码成二进制形式。
采样是指在固定时间间隔内对模拟信号进行测量，目的是捕捉信号的幅度变化。
量化是指将连续的模拟信号分为若干个不同的离散级别，然后将每个采样值映射到最近的级别，以便离散表示。
编码是将这些离散的量化值映射到相应的二进制码字上，以便存储和传输。
脉冲编码器有多种类型，其中最常用的是脉冲幅度调制（PAM）和脉冲位置调制（PPM）。
在PAM编码中，每个量
化级别都对应一个幅度值，并将每个采样值映射到最近的幅度级别。
在PPM编码中，每个量化级别都对应一个时间位置，
并将每个采样值映射到最近的时间位置。
脉冲编码器具有以下几个特点和优势：
1. 提高了传输效率：通过将模拟信号转换为数字信号，可以减小信号的带宽要求，提高传输效率。
2. 提高了信号质量：数字信号对噪声和失真具有更好的容错性，可以提高信号的质量和可靠性。
3. 方便数字信号处理：数字信号可以方便地进行复制、存储、处理和传输，便于在数字系统中进行各种信号处理操作。
4. 兼容性强：脉冲编码器可以与其他数字设备和系统很好地兼容，便于集成和连接。
通过脉冲编码器，可以将连续的模拟信号转换为方便处理和传输的数字信号，从而实现高效的数字通信和信号处理。
这在现代通信和信息领域中具有广泛的应用。
脉冲编码器的工作原理
脉冲编码器的工作原理
脉冲编码器是一种将物理量转换为数字信号的设备，常用于测量和控制应用中。
它的工作原理基于将输入的连续信号转换成离散脉冲信号，通过脉冲的计数和测量来获取输入信号的信息。
脉冲编码器通常由三部分组成：输入设备、计数器和输出接口。
1. 输入设备：脉冲编码器的输入部分可以是旋转编码器、线性编码器、光电传感器等。
这些输入设备可以测量物理量（如位置、角度、速度等）并转换为脉冲信号。
2. 计数器：计数器是脉冲编码器的核心部分，用于计数输入信号的脉冲数量。
计数器可以是二进制或十进制形式，根据应用需求选择合适的计数方式。
通过计数器可以实时记录和测量输入信号的变化。
3. 输出接口：脉冲编码器的最终输出通常是一个数字信号。
这个信号可以被传输到其他设备，例如控制器或计算机系统，用于进一步的处理和分析。
输出接口可以是数字信号线、串口、以太网等。
脉冲编码器的工作原理可以简述为：输入设备将物理量转换为脉冲信号，脉冲信号经过计数器进行计数，计数结果通过输出接口传输给其他设备进行处理。
通过对脉冲的计数和测量，可以准确地获取输入信号的信息，实现对物理量的精确测量和控制。
机械类-数控机床测量反馈系统-
学和贝尔实验室从事这一领域的研究 与开发 ，年资 助额从100万、 200万 加到1993年的500万美 元。1994年发 布的《 美国国 防部技
术计划》报告，把MEMS列为关键技 术项目 。美国 国防部 高级研 究计划 局积极 领导和 支持MEMS的 研究和 军事应 用，现 已建成 一条
MEMS标准工艺线以促进新型元件/装 置的研 究与开 发。美 国工业 主要致 力于传 感器、 位移传 感器、 应变仪 和加速 度表等 传感器 有
鉴相测量系统
鉴相器的作用是鉴别指令信号与反馈信号相位, 并判断相位差的大小和方向。这里介绍一种使 用异或门和D触发器组成的鉴相器,如图6.10所 示。
鉴相测量系统
感应同步器测量系统
(2)鉴幅测量系统
6.4 光栅测量装置
一、光栅测量的工作原理
光栅装置的结构是由标尺光栅和指 示光栅组成的,在标尺光栅和指示 光栅上都有密度相同的许多刻线, 称为光栅条纹,光栅条纹的密度一 般为每毫米25、50、100、250条。 对于透射光栅,这些刻线不透光(对 于反射光栅,这些刻线不反光)。光 线由两刻线之间窄面透射(或反射 回来),见图6.12。
脉冲编码器
一、增量式脉冲编码器
(1)增量式脉冲编码器的分类与结构 增量式脉冲编码器是一种增量检测装置,它的型号由每
转输出的脉冲数来区别。数控机床上常用的编码器有 两种,一种是以十进制为单位的,如2 000 P/r、2 500 P/r、3 000 P/r等;另一种是以二进制为单位的,如1 024 P/r、2 048 P/r、4 096 P/r等。目前,在高速、 高精度数字伺服系统中,应用高分辨率的脉冲编码器的 脉冲数则较高,如18 000 P/r、20 000 P/r、25 000 P/r、30 000 P/r等。现在已有使用每转10万以上脉 冲的脉冲编码器。
编码器的分类
编码器的分类编码器的定义:编码器(encoder)是一种用于运动控制的传感器。
它利用光电、电磁、电容或电感等感应原理，检测物体的机械位置及其变化，并将此信息转换为电信号后输出，作为运动控制的反馈，传递给各种运动控制装置。
编码器的用途:编码器被广泛应用于需要精准确定位置及速度的场合，如机床、机器人、电机反馈系统以及测量和控制设备等。
编码器的分类:编码器的分类概览1、按照机械结构形式，编码器可以分为旋转编码器(rotary encoder)和线性编码器(linear encoder)。
·旋转编码器的应用最为广泛，主要用于测量机械设备的角度、速度或者电机的转速。
·线性编码器主要用于测量线性位移，又可以分为拉线编码器(wire draw encoder)和直线编码器(line encoder)两类。
·拉线编码器是拉线盒(wire draw mechanism)与旋转编码器的机械组合，通过拉线盒这种机械装置将机械设备的直线运动转化为圆周运动，从而可以使用旋转编码器进行测量线性位移。
·直线编码器通常由阅读器(reader)和测量标尺(measuring ruler)组成，通过检测阅读器与测量标尺之间的相对位置，从而计算出机械位置及其变化。
2、按照电气输出形式，编码器可以分为增量型编码器(incremental encoder)和绝对值型编码器(absolute encoder)。
·增量型编码器的输出为周期性重复的信号，如方波或者正弦波脉冲。
因此，可以分为方波增量型编码器和正余弦波增量型编码器。
(1) 方波增量型编码器是最常用的编码器之一，通过计算方波脉冲的数量和频率得出长度和速度。
方波增量型编码器有电压型输出，如TTL（也称长线驱动、线驱动或RS422）和HTL（也称推挽输出或推拉输出）等，和开关型输出，如NPN 开路集电极输出和PNP开路集电极输出。
(2)正余弦波增量型编码器的输出一般为1Vpp或者0.5Vpp的正弦波和余弦波，通过计算正余弦的幅值可以精确的细分出微小的角度。
编码器的分类、特点及其应用详解
编码器的分类、特点及其应用详解编码器（encoder）是将信号（如比特流）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。
按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；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。
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、绝对式以及混合式三种。
1.1 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90度，从而可方便的判断出旋转方向，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，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2 绝对式编码器绝对式编码器是直接输出数字的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码盘，每条道上有透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区树木是双倍关系，码盘上的码道数是它的二进制数码的位数，在吗盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件，当吗盘处于不同位置时，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书一个固定的与位置相对应的数字码。
显然，吗道必须N条吗道。
目前国内已有16位的绝对编码器产品。
1.3 混合式绝对编码器混合式绝对编码器，它输出两组信息，一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。
二、光电编码器的应用增量型编码器与绝对型编码器区别1、角度测量。
编码器分类
编码器分类1、按信号的原理分：增量式编码器、肯定式编码器、混合式编码器1）增量式编码器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90，从而可便利地推断出旋转方向，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洁，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰力量强，牢靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的肯定位置信息。
2）肯定式编码器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。
肯定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，肯定编码器可有若干编码，依据读出码盘上的编码，检测肯定位置。
编码的设计可采纳二进制码、循环码、二进制补码等。
它的特点是：（1）可以直接读出角度坐标的肯定值；（2）没有累积误差；（3）电源切除后位置信息不会丢失。
但是辨别率是由二进制的位数来打算的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。
3）混合式肯定值编码器它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有肯定信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。
肯定值编码器是一种直接编码和直接测量的检测装置。
它能指示肯定值位置，没有累积误差，电源切除后，位置信息不丢失。
常用的编码器有编码盘和编码尺，统称为码盘。
从编码器的使用记数来分类，有二进制编码、二进制循环码（葛莱码）、二-十进制码等编码器。
从结构原理分类，有接触式、光电式和电磁式等几种。
混合式肯定值编码器就是把增量制码与肯定制码同做在一块码盘上。
在圆盘的最外圈是高密度的增量条纹，中间有四个码道组成肯定式的四位葛莱码，每1/4同心圆被葛莱码分割成16个等分段。
该码盘的工作原理是三极记数：粗、中、精计数。
码盘转的转数由对“一转脉冲”的计数表示。
在一转以内的角度位置有葛莱码的4*16不同的数值表示。
每1/4圆葛莱码的细分有最外圆的增量码完成。
增量式光电编码器：测速，测转动方向，测移动角度、距离(相对)。
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脉冲编码器的分类
按脉冲编码器码盘的读取方式分：光电式、接触式、电磁式。
其中，光电码盘在数控机床上应用较多。
按测量的坐标系分：增量式、绝对式。
（一）增量式脉冲编码器
增量式脉冲编码器的型号是用脉冲数/转（p/r）来区分，数控机床上常用的脉冲编码器每转的脉冲数有：2000p/r、2500p/r和3000p/r等。
在高速、高精度的数字伺服系统中，应用高分辨率的脉冲编码器，如：20000p/r、25000p/r和30000p/r等。
光电式脉冲编码器由光源、透镜、光电盘、圆盘(光栅板) 、光电元件和信号处理电路等组成（图6-12 ）。
光电盘用玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬，再用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。
透光窄缝在圆周上等分，其数量从几百条到几千条不等。
圆盘(光栅板)也用玻璃材料研磨抛光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装一只光电元件。
当圆光栅旋转时，光线透过两个光栅的线纹部分，形成明暗条纹。
光电元件接受这些明暗相间的光信号，转换为交替变化的电信号，该信号为两组近似于正弦波的电流信号
A和B（如图6-13），A和B信号的相位相差90°。
经放大整形后变成方波形成两个光栅的信号。
光电编码器还有一个“一转脉冲”，称为Z相脉冲，每转产生一个，用来产生机床的基准点。
脉冲编码器输出信号有A、、B、、Z、等信号，这些信号作为位移测量脉冲以及经过频率/电压变换作为速度
反馈信号，进行速度调节。
（二）绝对式编码器
绝对式编码器可直接把被测转角用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有其对应的测量代码，它能表示绝对位置，没有累积误差，电源切除后，位置信息不丢失，仍能读出转动角度。
编码器是按一定的编码形式，如二进制编码等，将圆盘分成若干等分，利用电子、光电或电磁元件把代表被测位移的各等分上的数码转换成电信号输出用于检测。
图6-14是一个四位二进制编码盘，涂黑部分是导电的,其余部分是绝缘的。
对应于各码道装有电刷。
当码盘随工作轴一起转动时，就可得到二进制数输出，码盘的精度与码道多少有关，码道越多，码盘的容量越大。
当检测对象带动码盘一起转动时，电刷和码盘的相对
位置发生变化，与电刷串联的电阻将会出现有电流通过或没有电流通过两种情况。
若回路中的电阻上有电流通过，为“1”；反之，电刷接触的是绝缘区，电阻上无电流通过，为“0”。
如果码盘顺时针转动，就可依次得到按规定编码的数字信号输出，图示为4位二进制码盘，根据电刷位置得到由“1”和“0”组成的二进制码，输出为0000、0001、0010……1111。
码道的圈数就是二进制的位数，且高位在内，低位在外。
其分辨角θ＝360o/24=22.5o，若是n位二进制码盘，就有n圈码道，分辨角θ＝360o/2n，码盘位数越大，所能分辨的角度越小，测量精度越高。