高精度绝对式编码器的研发与应用
绝对式光电编码器
绝对式光电编码器（一)绝对式光电编码器的结构与原理绝对式光电编码器的核心部件是编码祝．纳码盘内透叫区及不透明区组成。
这些：透明区反不透明K按定编码构成，编码盘L码道的条数就是数码的位数。
阁13 [u(a)所不为——个4垃自然：：进制编码册的编码盘。
钽电容长涂黑部分力个透明R，输：U为“117，则主白部分为透叨K。
输i11为“o”．它毛4条码道，对应诲一条码道有一个光电冗件木接收透过编码双的光线。
当编仍痞；与被测物转抽赵转动时．片采用n位编码盘．则能分辨的角度为：o——36()。
／2”自然二进制码虽然简单．但存在着使用上的问题．这是巾于团束转换点处位置不分叫而引起的粗大娱差。
例如，在出7转换到8的位量时光束要通过编码盘?)111利1000的交界处(或称汉越区)。
山1编悦捻的制造工艺和光敏元件女装的误差．有可能使汝数头的最内圈(而位)定价值世上的光电几件比其余的超前或落后一点．这构导致可能出现两种极洲的读数值，即1111和oooo，从而引起读数的粗大误差．这种误差是绝刘不能允许的。
为了避免这种误差．uJ采用格雷码(G，3y code)图案的编码投，表13 3结出丁格箭码和自然：：进制码的比较。
山此表uJ以看出，格雷码具有代码从任何值转换到相邻值时字节各位数户仅有一位发生状态变化的特点；闹自然二进制码则不同，代码经常有2—3位甚至4位数值间N史化的情况。
希迪电子这样，采用格雷码的方法即使发生前述的错移．由于它在迎位时相邻界面团案的转换仅仅发小一个最小量化中仿(最小分辨率)的此变，因而不会产生粗大误差。
这种编码力法称作单位距离性码，是常采用的方菇。
绝对式光电编码器刘府每一条码道有——个光电元件，当码道处于不向角度时，经光电转换的输出就呈现山不同的数码、如田13—10(b)所不。
它的优点是没有触点磨损，因而允许转速高．员外届缝隙宽度LJJ做得更小，所以精度也很高，其缺点是结构复杂、价格高、光源寿命短。
国内已有14他编码器的定型产品。
编码器的工作原理及作用
编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。
编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。
这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。
在ELTRA 编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。
读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。
此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。
接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。
一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。
故障现象：1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。
要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电子电路来处理。
编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。
一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理.编码器一般分为增量型与绝对型，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。
在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；因此，当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。
如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。
现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。
增量型编码器与绝对型编码器的区分
增量型编码器与绝对型编码器的区分编码器如以信号原理来分，有增量型编码器，绝对型编码器。
增量型编码器(旋转型)工作原理：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。
信号输出：信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。
信号连接：编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。
如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。
两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。
A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。
A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。
对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。
对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。
超小型准绝对式编码器的研制
ｖ ｒ ａ ｂ ｏｕ ｅ ｅ ｃ ｄ ｎ ｔ ｏ ｎ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｉ ｇ ｈ ａ ．Ｔ ｅ ｎ ｗ ｅ ｏ ｏ ｉ ｅ ｉｔｎ ｅ ｃ ｄ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｗｉ ｉｔ ｌ ａ ｓ ｌ ｔ ｎ ｏ ｉ ｇ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｓｎ ｌ ｅ ｄｎ ｅ ｄ ｈ ｅ ｍ ｔ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｄ ｓ ｃ — ｏ ｅ ｔ ｏ ｔ ｕ ｈ ａ ｈ ｉ ｃ ｅ ｎ ａ ｎ ｏ ｉ ｇ ｍｅｈ ｄ ａ ｄｏ ｌ ｓ ｄ ｔ ｉ ｇ ｖ ｒ ｆ ｎ ｉｔ ｒｚｎ ｎ ｏ ｅ ｈ ｉ ｅ ｅ ｃ ｄ ｒ ｅ ｉ ｅ ｎ ｙ ｎ ｒ ｍｅ ｔ ｌ ｃ ｄｎ ｔ ｏ ｎ ｙｕ ｅ ｅ ｎ ｗｏ ｒ ｓｉ ｆ ｏ ｎ ｎ ａ ｏ ｍｉ ａｕ ｉ ｇ ｅ ｃ ｄ ￣Ｔ ｓ ｗ ｎ ｏ ｅ ｓｇ ｄ ｍａ ｉ ｎ ｄ ｎ
第 ３ 卷第 ｌ 期 ５ ２
２０ 年 １ ０８ ２月
光 电工 程
Ｏｐ ｏ Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｔ － ｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ
Ｖ １ ５ Ｎｏ １ ｏ ． ， ．２ ３
Ｄｅ ， ０ ｃ ２ ０８
文 章编号 ：１０ — ０Ｘ（０ ８１— １ １０ ０ ３ ５ １ ２０ ）２０ ４—４
Ｋｅ ｒ ｓ ｖｒｕ ｌ ｂ ｏ ｕ ｅ ｅ ｃ ｄ ｒ ｄ ｓａ ｃ － ｏ ｅ ； ｃ ｅ ｎ ａ ｎ ｏ ｅ ； ｅ ｄ ｎ ｅ ｄ ｅ ｅ ｔ ｃ ｓ ｂ ｉ ｉｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｔ ａ ｓ ｌ ｔ ｎ ｏ ｅ ； ｉｔ ｎ ｅ ｃ ｄ ｄ ｉ ｒ ｍｅ ｔｌ ｃ ｄ ｒ ｒ ａ ｇｈ ａ ； ｌｃ ｒ ｕ ｄ ｖ ｓｏ ａ ｎ ｅ ｉ ｉ
中图分类号 ：Ｔ ２ ２１ Ｐ １．４ 文献标志码 ：Ａ
Ｓｕｐｅ ｉ ｉ ｔ ｒ ｒｕａ ｂｓ ｌ ｔ ｒＭ ｎ ａ ｕ ｅＶｉｔ ｌ Ａ ｏ ｕ ｅＥｎｃ ｄｅ ｎｄ ＩｓＡｐｐ ｉａ ｉ ｎｓ ｏ ｒａ ｔ ｌｃ ｔｏ
准绝对式距离码编码器的研究
ＶＯｉ３ ＮＯ Ｉ ．４ ．
Ｍａ ． ０ ｌ ｒ ２ １
准绝 对 式距 离码编 码 器 的研 究
盖 竹秋 ，
（＿ １ 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 ，长春 １０ ３ ；２长春理工大学 ，长春 ３０３ ． １０２ ３ ０２）
Байду номын сангаас
摘
要：为 了减 小光学轴角编码 器的体积，提高测量的精度 ，研 制新型距 离码编码方法。码盘刻划两圈码道 ，外圈
第３卷第１ ４ 期 ２ １ 年３ ０ １ 月
长 春 理 工大 学 学 报 （ 自然 科 学 版 Ｊ
Ｊｕ ｎ ｌ ｆ ｈ ｎ ｃ ｕ ｉ ｒ ｔ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎａ ｒｌ ｃ ｎ ｅ ｄｔ ｎ） ｏｒａｏ Ｃ ａｇｈ ｎ Ｕｎｖ ｓ ｙｏ ｉ ｅａ ｄ ｃ ｎ ｌｇ （ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｉｏ ｅｉ Ｓ ｎ Ｔ ｕ ｅ Ｅ ｉ
提 下 以减小 码盘 尺寸为 目的开发新 的准绝 对式编码
量、定位精度提出了更高的要求 ，高精度的角度传
为 ２ ８ ０对线的增量式主光栅 ，内圈刻有 ２ ０ 区域标记点 ，通过判断两个相邻标记点之间的主光栅对数来确定码 ８０ ０个
盘 所 处 的 绝 对 位 置 。 通 过 对 主 光 栅 的 计数 和 对 莫 尔条 纹信 号 的 细 分 ，码 盘 的 测 角 分 辨 力 可 达 到 ００ ５ ，精 度 为 ． ” ０
实现角度信息的动态测量和对 系统姿态的实 时控 制 。随着科学技 术 的进 一步发 展 ，人们 对深空 探测
设 备 、高 精 度雷 达 、数字 经 纬 仪 等仪 器 设 备 的测
提 取技术 都提 出了相 当高 的要求 ，不 易实现 。因此 提 出采用距 离编码 的方案 ，在不损 失测 角精度 的前
高分辨率 高精度角度编码器
高分辨率，高精度角度编码器机械制造业作为基础工业，其发展在国民经济中有着举足轻重的作用，而精密测量技术是它发展的基础和先决条件。
测量的精度和效率在一定程度上决定了制造业乃至技术发展的水平。
元素周期表的发明者门捷列夫说过：“从开始有测量的时候起，才开始有科学。
没有测量，精密科学就没有意义”。
新的测量方法标志着真正的进步，测试技术的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。
仅就几何测量仪器的发展来看，在19世纪中叶以前，机械制造业中的主要测量工具是钢板刻线尺，测量精度为1mm。
机械式测量器具，如游标卡尺和千分尺的出现，将测量精度提高到了0.01mm。
量块出现以后，采用量块作为长度基准，大大推动了微差测量法的发展，将测量精度提高到了微米级。
进入20世纪30年代、40年代以后，出现的电动量仪、光学量仪和气动量仪，以及诞生于近20年的激光干涉仪，隧道扫描显微镜，除继续使用机械式测量器具以外，还逐渐采用了基于几何光学与物理光学原理的光学量仪，这都极大的促进了当时技术的发展，为几何量的测量开辟了新的。
随着科学技术和制造业的发展，各个领域对测量微小尺寸的要求越来越迫切，传统的测量技术和设备难以在精度、效率及自动化程度方面完全满足要求，甚至根本无法实现。
显然，融合当今的最新科学理论和技术成果，开发高效率的智能化精密测量系统有着重要的理论意义和实用价值。
角度是一个重要的计量单位，角度测量是计量技术的重要组成部分。
不仅有以检测角度为目的的角度检测，还有为了检测的方便和可靠，将其他物理量也转换成角度量来进行检测的角位移检测。
生产和科学的不断发展使得角度测量越来越广泛地应用在工业、科研等领域，技术水平和测量准确度也在不断提高。
角度测量技术按照测量原理可以分为三大类：机械式测角技术、电磁式测角技术和光学测角技术。
机械式和光学测角技术的研究起步较早，技术也已经非常成熟。
光学测角方法比一般的机械和电磁方法有更高的准确度，而且更容易实现细分和测试过程的自动化，但使用我公司研究新的电感式测角技术将精度提高至±3″。
基于TLE5012B的高精度多圈绝对式磁编码器设计
基于TLE5012B的高精度多圈绝对式磁编码器设计
陈如意;周翟和;王锋;尹辉
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2017(036)007
【摘要】针对工业领域某些伺服电机位置控制需要高精度、小体积、强抗干扰能
力的多圈绝对值编码器的特殊场合,设计了一种基于英飞凌公司的角度传感器
TLE5012B的多圈绝对式磁编码器,该编码器可提供最高15位分辨率的位置信息.
利用ARM微处理器对角度传感器的数据进行采集和处理,提供单圈绝对位置、多
圈值、UVW信号和ABZ信号,采用SSI通信接口输出数据.本编码器具有掉电记忆、位置清零等功能,而且成本低,已应用于实际工控系统中.
【总页数】5页(P116-120)
【作者】陈如意;周翟和;王锋;尹辉
【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,江苏南京211106;南京航空航天大学
自动化学院,江苏南京211106;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京211106;南
京航空航天大学自动化学院,江苏南京211106
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于STM32的高精度多圈绝对角度传感器 [J], 张从鹏;徐兵;徐宏海
2.基于TLE5012B的多圈绝对角度传感器设计 [J], 周秀;牛勃;马飞越;刘刚;孙大伟;
伍弘
3.绝对式磁编码器设计及其在伺服系统的应用 [J], 袁野
4.高分辨率的电机绝对式多极磁编码器设计与研究 [J], 王国栋;李涛
5.星载高精度小型多圈绝对式编码器设计 [J], 卢新然;万秋华;杜颖财;赵长海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
CPLD与绝对式编码器在开关磁阻电机中的应用
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｌ Ａｂ ｏｕｅＰ ｏｏ ｌｃｒ ｎ ｏ ｅ； ＲＭ ｙ ｒｓ ＣＰ Ｄ； ｓｌｔ ｈ ｔｅｅｔ ｃＥ ｃ ｄ ｒ Ｓ ｉ
０ 引 言
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
随着 工业 与电机控 制系统性 能和智能要求的不断提高，
外围元器件 ， 对软件编程 也有不小 的负担， 整个 系统 的稳 对 定性和可靠性均有较大影响。 若用 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ来实现开关磁 阻电
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 。本设计 中 用到的是绝对编码器， 旋转一 周能产生 １２ 个 脉冲 。 ０４
１ 光 电编 码 器
宏单元数， 芯片的引脚数 目为 １０个， 有 ７ ０ 具 ６个用户可编程 的 Ｆ 口， 系统定义输 入 、 出和双 向 口提供 了极 大的方 Ｏ 为 输 便， 因此此芯片的资源已经足够用。Ｅ Ｍ５ ０ １０ ５是 ３ Ｖ Ｐ ７Ｔ ０Ｃ ． ３ 供电， ＤＳ 与 Ｐ不存在 电平兼 容的问题 。Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ主要负责与绝
ｔ ｎ ｅ ｅ ｄ ｂ ｌｙ． ｓ ｌ ｔ ｈ ｔ ｅｅ ｔ ｃｅ ｃ ｄ ｒ ａ ｅ ｔ ｒ ｖ ｈ ａ ａ ｉ ｔ ｆ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅｓ ｐ ｒ ｓ ， ｉｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏ ｉ ｙ ａ ｄ ｄ ｐ ｎ ａ ｉ ｔ Ａｂ ｏ ｕ ｅｐ ｏｏ ｌｃｒ ｎ ｏ ｅ ｎｇ ａ ｌ ｉ ｏ ｅｔ ｅｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｏ ｔ ｒｅｅ ｃ ｕ ｐ ｅ ｓ ｗｈ ｃ ｒ ｖｄ ｓａｓ ｌ ｉ ｉ ｃ ｒ ｙ ｍｐ ｉ ｉ ｄ ｈ ｒ ｗａ ｅｆ ｎ ｔ ｎｆ ｒｔｅ ａ ｖ ｎ ｅ ｍ— ｆ ａ ｄ ａ ｖ ｎ ｅ ｒａ ｏ ｅ ｔ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｒ ｎ ｉ ｇ ａ ｄ ｒ ｃｉ ｄ ａ ｃ ｄ ｒ ｕ ｏ ｏ ｈ ｕ ｏ ｎ ｄ ａ ｃ ｄｂ ｅ ｋ ｖ ｒ ｇ ｐ ｅ ｎ ｎ ． ａｈ ｕ
伺服电机使用的编码器-增量式和绝对式之探究
线、位、分辨率、增量式、绝对式：线：编码器光电码盘的一周刻线，增量式码盘刻线可以10线100线、2500线的刻线，只要你码盘能刻得下，可任意选数；绝对值码盘其码盘刻线因格雷码的编排方式，决定其基本是2的幂次方线，如256线、1024线、8192线等。
但绝对值码盘也有特别的格雷余码输出的，如360线、720线、3600线等。
位：2的n次方，由于绝对值码盘常常是2的幂次方线输出，所以，大部分的绝对值码盘是以“位”来表达，但也有例外，如360线、720线、3600线的（格雷余码）。
增量值编码器也有用位来表示的，如15位、17位，其是通过内部细分，将计算的线数倍增后，一般大于10000线了，就用“位”来表达。
分辨率：编码器可以分辨的角度，对于一般计算，以360度/刻线数计算，目前大部分就直接用多少线来表达了。
但这样就有一些概念的混淆，如增量值编码器，如用上A/B两相的四倍频，2500线的，分辨率实际可以是360/10000的，如果内部细分计算的“线”可以更多，达到15位、17位的，所以，常常的增量编码器用“线”来表达的，代表还没有倍频细分，用“位”来表达的，是已经细分过的了。
增量式：码盘内刻线是两道：A/B，Z，通过数线累加（增量）计算旋转角度，有的增加了U\V\W，将编码器通过120度的分割，分成三个区来判断位置，称为混合型编码器。
有的通过内部细分电路，提高分辨“线”，并用内部电池记忆及用“位”来表达，常常混称为“绝对值”，实际应该是“伪绝对”。
绝对式：码盘内刻线是n道，以2，4，8，16。
编排组合，读数是以“0”“1”编码方式光盘直接读取，而非累加，故不受停电、干扰影响。
至于增量绝对哪个分辨率及精度更高，如果是实际的码盘刻线，绝对值码盘分辨“数”可以是增量码盘的一倍，如果是倍频技术，那增量值码盘分辨"数”又可以大于绝对值，但注意，我用的是“分辨数”，不代表精度，因为细分倍频是电气模拟技术，并不改善精度，精度是由码盘刻线、轴的机械安装、电气的响应综合因数决定的。
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2019年 第3期·WMEM
Research & Application
研发与应用
高精度绝对式编码器的研发与应用
长春禹衡光学有限公司 王庆贺 于海洋 董 岩
一、概述
随着我国机床、伺服电机行业的迅速发展，对伺服电机的转速、精度及功能作用的要求越来越高，而伺服电机的这些功能主要取决于编码器的精度，需要编码器有更高的采样精度和数据位数。
由于绝对值编码器在编码器内部所有位置值在编码生成后，其量程内所有的位置均有一一对应的代码（二进制、BCD代码）输出。
从代码的大小变更，可以判定电机主轴的旋转方向，绝对值编码器由机械位置决定每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置什么时候就去读取它的位置，这样大大增强了编码器的抗干扰性能。
这使绝对式编码器在数控机床及伺服电机领域得到广泛的应用。
最早高精度、高位数的绝对式编码器在我国一直是处于空白状态，极大地影响了我国数控机床的发展。
后来国内绝对式编码器有了一定的进步，但精度仍落后于国际先进水平，不能满足国内及国际市场的需求，从技术上分析主要表现在以下三方面：
（1）没能掌握设计制造软硬件核心技术，技术性能指标落后。
（2）对于提高产品可靠性的研制还没能展开。
（3）未实现绝对式脉冲编码器产业化制造，也未打破国际壁垒。
为此长春禹衡光学有限公司申请了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题，并联合华中科技大学、哈尔滨理工大学、沈阳第一车床厂、武汉华大电机 、上海开通数控、广州凯恩帝数控 、海诚跃电气、珠海市怡信测量等公司共同开展高精度、高分辨力绝对式光栅旋转编码器的研制。
通过对绝对式编码器的整体结构设计优化、性能分析、集成化信号处理的重新设计、整机装配工艺的改善等核心任务的公关，长春禹衡光学有限公司完成了HKD-2高精度、高转速绝对式编码器的设计与制造，取得了包括3项发明专利在内的8项专利。
在由中国机床工具工业协会组织开展的2018年度“自主创新十佳”和“产品质量十佳”活动中获奖。
HND-2的成功研制，弥补了我国高精度绝对式编码器的空白，满足了高
档数控机床的配套要求，打破了国际壁垒，大大提升了我国数控机床的发展水平，目前该产品已经实现了批量生产。
图1 为HND-2绝对式编码器的外观。
二、产品性能介绍
HND-2是一款高精度适用于高转速主轴的绝对式编码器，主轴采用“台阶轴”设计，无需挡圈，提高轴系可靠性和抗负载能力。
轴承使用轴承钢+耐高
Research & Application研发与应用
温润滑脂，可以保证轴系在120℃、10000r/min的条件下长时间稳定工作，且可提高轴系的使用寿命一倍左右。
主体轴承孔增加“轴肩”设计，提高轴系的可靠性和抗负载能力。
轴系设计中，创新开发了具有专利技术的曲路密封设计（ZL 2014 2 0230953.2）：主体和光栅盘进行装配后，形成一个狭长的沟回，防止在高速情况下，轴承润滑脂甩到编码器内部，从而提高了产品的可靠性。
为提高编码器的分辨率和信号稳定性，长春禹衡光学有限公司采用相位阵技术，可自动矫正误差，使编码器的波形和相位不受光栅摆动、干扰、光栅污染、光衰减等诸多因素变化而改变，进一步提高了编码器的使用寿命和稳定性。
同时，在原有的BISS协议和SSI 协议的基础上，长春禹衡光学有限公司采用自主开发的CPE接口，并按其总线标准实现编码器数据高速串行传输。
CPE总线标准规定了位移编码器CPE-Bus总线（Communication Protocol of Encoder Bus，编码器通信协议总线）的体系结构、物理层、协议层，确立了用于编码器双向串行数据通信传输的一般原则及包含应用CPE-Bus进行编码器数据传输而制定的基于RS485的通信协议规范。
这种方式连接线少、传输距离远、有数据校验机制，其可靠性和实时性能得到保证,实现了系统与编码器之间的高分辨率数据的实时交换。
CPE协议是我国编码器行业第一个串行通信标准协议，该协议将成为我国编码器的行业标准。
主要计数指标为如下：
绝对式输出形式：二进制；分辨力：单圈17位以上、多圈12位以上；时钟频率：4MHz以上；增量输出波形(附加功能)：Sinus-Cosinus 1Vpp，1024线以上；最大机械转速：10000rpm以上；防护等级：
具有防水、防油、防尘能力，IP54
以上（封闭式编码器）；工作温
度：-40℃～+125℃；储存温度：
-55℃～+130℃；
支持2种及以上的国际主流的编
码器数据传输总线接口协议。
开发1
种自主知识产权的绝对式编码器全双
工或半双工同步串行数据传输总线接
口协议。
本公司所研发的高精度绝对式编
码器HND-2与多摩川同类产品对比
具有以下优势：
（1）温度系数稳定：金属本
体；适用范围宽：板簧的形状、尺寸
可选。
（2）输出位数可选，可同时输
出正余弦信号。
（3）准确度高，且温度特性好。
（4）同步串行协议，传输效率高。
（5）功耗低。
（6）防护等级高。
（7）抗污染能力强。
（8）发光管抗老化性强，采用
发光补偿技术。
（9）使用温度范围宽，已经达
到了国际前沿产品的技术水平。
三、关键技术
高精度、高转速绝对式编码器的
技术难点主要体现在两方面：
一方面，光电信号的转换处理。
编码器在工作时，光电信号的准确转
换决定了编码器精度。
光电信号在转
换时的精度受光源、光栅的刻划精度
或方式、光电传感器接收芯片所影
响，因此需要稳定的良好的光源、
优化设计的高刻画精度光栅以及高
性能的光电接收器。
本公司创新使
用同时输出模拟信号和数字信号的
光电传感器接收芯片，并获得了国
家实用新型专利（专利号ZL 2013 2
0611508.6），
另一方面，编码器的可靠性设
计。
编码器的可靠性越高，信号精度
受外界环境的影响越小，使用寿命也
会提高。
需要对编码器的功耗、整体
密封结构、电磁兼容性、软件设计的
可靠性等进行提高。
本公司在线路上，电源入口处和
信号输出端口放置TVS管，可以吸
收浪涌，起到对电路的保护作用，同
时PCB板采用多层板设计，进行合理
区分模拟地和数字地，提高PCB板的
抗干扰能力。
同时本公司创新采用电
子式多圈编码器计圈的低功耗电路设
计，并获得国家发明专利（专利号：
ZL 2014 1 0197583.1）。
四、成果及应用推广
几年来，我国机床及伺服行业的
迅速发展，导致市场对高精度绝对式
编码器的需求旺盛，然而我国高精度
绝对式编码器的空白，完全依赖于进
口编码器，由于进口编码器的价格昂
贵，极大地限制了我国数控机床行业
的发展。
长春玉衡光学有限公司研发
的HND-2高精度绝对式编码器属国
内第一台，填补国内高精度绝对式编
码器的空白，打破国内的垄断和制
约，提升了我国高档数控机床的竞争
力。
本课题成功研发的高精度绝对式
编码器已成功用于武汉华大新型电机
科技股份有限公司，精度均达到大型
数控机床产品的技术要求。
通过本课题的研究，使我国高精
度绝对式编码器的技术得到了突破发
展，达到了世界领先水平，同时增强
了我国高、精、尖装备的创新能力。
作为国内编码器设计生产制造商的先
驱者，长春禹衡光学义不容辞继续做
好技术的创新，同时增强国内编码器
的市场竞争力。
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WMEM·2019年 第3期。