光电编码器

一、编码器专业术语

1、线：编码器光电码盘的一周刻线。

①增量式编码器：10线、100线、2500线，主要码盘能刻下，可任意选数；

②绝对式编码器：因格雷码的编排方式，决定其基本是2N线：256线、1024线、8192线，但也有特别的格雷余码输出的：360线、720线、3600线。

2、位：绝对式编码器通常是用2N线输出的，所以大部分绝对式编码器也用“位”表达，当然对格雷余码输出的360线、720线、3600线例外；增量式编码器也有用“位”表示的，如15位、17位，通过内部细分，将计算的线数倍增后，一般大于10000线，就用“位”表达。

3、分辨率：编码器可以分辨的最小角度。一般计算360°/刻线数，目前大部分就用多少线来表达。但对于增量式编码器，如用上A/B两相的四倍频，2500线实际分辨率为360°/10000。如果内部细分计算的“线”可以更多，达到15位、17位。所以通常增量式编码器用“线”表达，表示还没有倍频细分；用“位”来表达，表示已经细分过了。

高分辨率并不代表高精度。对于实际的码盘刻线，绝对式编码器分辨率可以达到增量式编码器的两倍，但如果采用倍频技术，增量式编码器分辨率又可大于绝对式编码器。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、轴的机械安装及电气的响应综合因素决定的。分辨率，增量式可以做的更高，但是精度就是绝对式的高，因为它不受停电、干扰、速度、电气响应的影响的，尤其在高速高精的条件下，倍频细分是无法满足要求。

4、增量式VS绝对式

增量式以转动时输出脉冲，通过计数设备来检测位置。当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆记住位置。这样，当停电时，编码器不能有任何的移动；当来电工作时，编码器在输出脉冲的过程中，也不能有任何的干扰而丢失脉冲。否则，计数设备记忆的零点就会发生偏移，而且这种偏移量是无从知道的，

只有产生错误的结果后才知道。解决的办法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前是不能保证位置的准确性的。所以在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零的方法。比如打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器的原理，每次开机“噼里啪啦”一阵响，它在找参考点，然后才工作。这种方法在工控项目中比较复杂，甚至不允许开机找零（开机就要知道准确位置），于是就有绝对式编码器。绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线一次以2线、4线、8线……编排，这样在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的明暗，获得一组从20到2n-1的唯一的2进制编码（格雷码）。绝对式编码器是由编码器的机械位置决定，它不受停电、干扰的影响。绝对式编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道它的位置，什么时候就去读它的位置。这样，绝对式编码器的抗干扰能力、数据的准确性大大提高。

常用的为增量式编码器，如果对位置、零位有严格要求的选用绝对式编码器。伺服系统要具体分析，看应用场合。

测速度常用增量式编码器，可无限累加测量；测位置用绝对式编码器，位置唯一（单圈或多圈），最终看应用场合。

绝对值旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

1、高速端安装：安装于动力马达转轴端（或齿轮连接），此方法优点是分辨率高，由于多圈编码器有4096圈，马达转动圈数在此量程范围内，可充分用足量程而提高分辨率，缺点是运动物体通过减速齿轮后，来回程有齿轮间隙误差，一般用于单向控制定位。另外编码器直接安装于高速端，马达抖动须较小，不然易损坏编码器。

2、低速端安装：安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端，此方法已无齿轮来回程间隙，测量较直接，精度较高。

另外，GPMV0814机械转数为90圈，用此方法较合理，如果卷筒转数超过90圈，可用1：3或1：4齿轮组调整至转数测量范围内。

3、辅助机械安装

收绳机械安装：

钢丝绳弹簧收紧器原理图1．收拉钢丝绳2．测量盘

3．收紧弹簧轮1 4．收紧弹簧轮2 5．专用弹簧6．弹性联轴器7．编码器

用钢丝绳收绳器测

量油缸行程示意图

收绳机械有弹簧自收绳位移传感器――柔性钢丝绳连接运动物体，钢丝绳盘紧在一个测量轮上，依靠恒力弹簧回收钢丝绳。编码器连接于盘紧测量轮轴端，测量钢丝绳来回运动的旋转角度。

重锤重力收绳：

重锤浮子水位测量示意图

1编码器

2联轴器

3测量轮

4重锤收紧轮5钢丝绳

6浮子测量轮与恒力弹簧弹簧型相似，只是钢丝绳的回收力是依靠另一个同轴的盘紧轮挂重锤来回收。

用收绳位移测量的优点是柔性连接，测量直接而精度高，对运动物体的环境如震动、粉尘、高温水气的场合都能适用。

机械丝杠、摩擦轮、小车轮轴中心、齿轮齿条连接

在机械丝杠转轴中心

安装编码器，丝杠前

进1个螺距，编码器

旋转一周。

通过带摩擦阻力的摩擦转轮，与相对运

动物体摩擦转动，测量运动距离。

注意：摩擦轮需始终紧靠测量物，且无

跳动、打滑。（实际使用中，某些场合

有难度）

通过轨道小车的转轮中心，安装旋转编

码器，测量小车行进。

小车与轨道之间不可有打滑

运动物连接齿条，带动装有齿轮的编码

器，测量运动物体移动距离

为保证连紧密抗震，经常有弹簧基座。

5、单圈VS多圈

单圈绝对式编码器，以转动中测量光码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当

转动超过360°，编码又回到原点，这种编码器只能适合旋转范围360°以内的

测量，称为单圈绝对式编码器。

多圈绝对式编码器，运用钟表机械原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动，另一组码盘，在单圈编码的基础上增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围。它同样是由机械位置决定编码，每个位置唯一不重复，且无需记忆。由于测量范

围大，实际使用富裕很多，这样在安装时不必费劲找零点，将某一个中间位置

作为起始点就可以了，这样大大简化了调试难度。

6、电源供应

一般绝对式编码器的工作电源有两种：5VDC或10-30VDC。如果使用10-30VDC的绝对式编码器，就可以用PLC的24V电源。需要注意的是：

①编码器的耗电流，在PLC的电源功率范围内。

②如果编码器是并行输出，连接PLC的I/O点，需要了解编码器的信号电平是

推拉式输出还是集电极开路输出。如果是集电极开路输出，有N型和P型，需

与PLC的I/O极性相同。而推拉式输出则没有什么问题。

③如果编码器是串行输出，一般信号电平是5V的，连接时注意不要让24V的电

源电平串入5V的信号接线中而损坏编码器的信号端。