編 碼 器 （Encoder）參數及選型簡介

編碼器（encoder）:

編碼器是以數字化信息將角度、長度、速度等物理量的信息以數字量0、1編碼的方式輸出的傳感器，由于其具有高精度,大量程測量,反應快,數字化輸出特點;體積小,重量輕,機構緊湊,安裝方便,維護簡單,工作可靠等優良特點，故成為當今工業控制系統備受青睞及*的一部分。

1）其以測量方式來分，有直線型編碼器,旋轉型編碼器。

2）其以輸出信號來分，有增量型編碼器,型編碼器。

3）其以內部的反應元件分，有光電式編碼器，磁柵式編碼器。

4）其以機械機構形式分，有軸承式編碼器和無軸承式編碼器（EX：海德漢）

增 量 型 旋 轉 編 碼 器 (Incremental Rotary Encoders)

工作原理:

   由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環形明、暗均勻間隔的刻線，通過光電發射元件和接收器件來獲得四組正弦波信號:A、B、/A、/B,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），通過電路處理后便可得到A，B兩相差90°的方波脈沖或正弦波；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

碼盤的材料：

有玻璃、金屬、塑料。玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩定性好，精度高：金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級：塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。

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：旋轉編碼器的整體結構，講述一下，以知道其內部結構，安裝形式。

增量式編碼器結構及常用參數

機械外型（Mechanical）—編碼器以轉軸類型分，有實心軸（shaft/ Full）和空心軸(hollow type)之分；而空心型又分為全中空（Through Shaft/Though）和半中空（Hollow Shaft/ Blind）型：就安裝法蘭分，有同步法蘭型（synchro-flange）,夾緊法蘭（clamping flange）型、彈夾片（stator）型。

軸徑尺寸（Shaft Dimension）—編碼器實心軸軸徑有6毫米*、8毫米、10毫米*、12毫米等，空心軸的軸徑有8毫米、10毫米、12毫米*、大口徑20~50毫米*等，其中帶*號的是常規規格。

分辨率（Resolution）—編碼器在單轉時每旋轉一周所輸出的信號個數稱之為分辨率，也稱解析度、或直接稱多少線，一般編碼器輸出線數為5~10000線。如：1024ppr、2048ppr等

響應頻率（Frequence）—編碼器在機械轉速所允許的范圍內所能獲得的zui大輸出感應頻率，也就是在一秒鐘內所能感應到的信號的個數。比如：0~200KHZ。

機械轉速 (Speed) —編碼器的結構設計使得其所能達到和承受的zui大旋轉速度，其表示為一分鐘內所能達到的旋轉速度—rpm;（故編碼器的zui大工作速度應同時兼顧編碼器的機械轉速、響應頻率以及編碼器后續接收設備的開關頻率）

工作電源 （Power-Vcc）—編碼器一般只有兩種電壓，其一為DC9~36V，另一為DC5V標準電壓

工作溫度（Temperature）—編碼器的zui高zui低工作溫度代表了編碼器內部機械[配合和組成以及電子元氣件的水平，較好的編碼器工作溫度從-40到100℃。事實上在低溫情況下，受限制的是內部電子零件和外部的電纜以及密封特性。

防護等級（Protection）—是指編碼器的防塵、防水性能，以標準IP(International Protection)的兩位數表示，*位0—6代表防塵，第二位0—8代表防水，IP54是zui低的有限制條件的防塵防水標準，IP67可防水浸。并非在室內恒溫條件下工作就不需要防水，因為編碼器在工作和停機兩種情況下，內部空氣會熱脹冷縮，密封不好，在停機是會有壓縮性水氣進入。專業的編碼器的防護等級分電氣外殼部分和轉軸部分，有不同。轉軸部分由于編碼器的旋轉要求，往往要略低。

傳輸距離（Cable length）—對于TTL（DC 5V）的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米左右。

對于HTL（DC：9~30V）的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米左右。

編碼器軸負荷（Load on shaft）—因為要考慮到編碼器在運轉過程中軸所能承受的的zui大負荷，故應根據客戶對軸負荷的要求來幫助他們選取適宜的編碼器。此負荷分軸向受力（Axial shaft load）（垂直軸徑的方向）和徑向受力(Radial shaft load)（與軸徑同向），根據產品質量不同有幾N到上百N等。

編碼器輸出信號（Output Signals）:

1) 只有A相單信號，此狀況用于單方向計數，單方向測速(此一般為低端編碼器)。

    2) A、B兩相聯接，此用于正反向計數、判斷正反向和測速。

3) A、B、Z三相聯接，除了具備“2）”所有功能外，還用于帶參考位修正的位置測量。

4) A、/A，B、/B，Z、/Z連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場抵消為0，此狀況衰減zui小，抗干擾*，可傳輸較遠的距離。

    5）A、/A，B、/B，Z、/Z，U、/U，V、/V，W、/W連接，此編碼器帶有U，V，W相，是用在伺服電機上用來磁極對位而決定控制點的初始位置的。其U，V，W之間一般以相差120°為zui多。（Sumtak，Tamagawa具體產品如下所示：）

信號形式（Signal types）:

• 首先從波形上有正弦波（*）輸出和方波輸出這兩種波形
• 具體的信號輸出形式又可細分為如下幾種：
  • 推拉輸出型（Push-pull Output）.此輸出電路又稱為HTL ，其電源電壓一般為：DC10~36V，因有較大的電源功率，故即有良好的抗干擾能力又可以實現長線傳輸。
  • 集電極開路型（Open-collector）此電路設計是為了更好的與一些PLC接口兼容。根據輸出端三極管的極性不同，其又分為：NPN和PNP這兩種。
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長線驅動型（Line Drive）此電路電源電壓為DC5V，為TTL電平輸出，與標準RS422接口直接兼容。此電路輸出信號為A、/A，B、/B，Z、/Z，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場抵消為0，此狀況衰減zui小，抗干擾*，反應時間較短，又可傳輸較遠的距離。

編碼器其它相關知識

電纜及插頭輸出（Cable ，Connector）—編碼器的信號線一般有直接線纜引出和利用航空插頭引出，這個視客戶的具體要求而幫他們選擇之

zui大響應頻率計算公式（Frequence）—F=P·n/60 ( F單位為Hz, P為編碼器的解析度， N為電機及編碼器的zui大機械旋轉速度 )

編碼器存放注意事項（Storage Options ）—因編碼器為精密類產品，故不可受強力碰撞或敲擊，在運輸過程中亦要保證不能受到大的顛簸而導致損壞。

傳輸線纜（Cable）—對于需要較遠傳輸距離的編碼器來說，其輸出線纜務必采用雙絞屏蔽線，如此，才可以保證信號所受干擾zui小。且屏蔽線有而且只能有一端接地，具體是接在編碼器端還是客戶端視實際情況而定。

接線走向—在實際的工業現場中，因考慮到大功率電源線所發出的干擾波，故編碼器的線纜不可與電源線呈平行狀態來排布，盡量使二者為垂直走向為*。

編碼器接線要點—編碼器在實際接線時要嚴格以該產品的使用說明書為準，不可接錯，尤其不能使電源線反接，否則，將有燒壞編碼器的可能。信號線若連接不正確，則將會輸出亂碼或使驅動系統無法運行。

有客戶問為什么編碼器會有如此大的價格差異

      1）首先從電路部分，包括元氣件以及信號輸出功能部分，因不同的選擇便會有較大的價格差異

      2）機械部分采用性能不同的軸承，包括本體的材料等，亦會有較大之差

      3）編碼器的IP防護等級，本身所能承受的溫度范圍，所承受的震動，負載等，

      4）整體的制作環境，完善的實驗測試設備和環境，以及產品所達到的精度等

一般客戶的基本選型參數

• 首先問是選用增量式還是式
• 然后是問增量式的解析度或式的位數，如1024ppr, 12bits
• 接下來問客戶所需要編碼器的電源電壓以及信號輸出形式，比如：24V HTL 輸出，5V Line Drive 輸出
• zui后問對方所需求編碼器的外圍尺寸，軸（實心或空心）及軸的尺寸
• 基本上而言，如果能確定了以上數據之后，便基本上可以替對方選出一款符合對方要求的編碼器了

增量式編碼器的不足之處:

      因為增量式編碼器只是每周輸出一定數量的脈沖數字，有一個參考零點來做基準點的調整。但此編碼器有一問題是當工作中出現掉電后將失去基準位置，也就是再上電時還得重新來尋找基準點，如此在有些工業現場中是不允許這樣的。為此，針對增量式的這種不足，便有了值式編碼器的出現，式編碼器具有掉電記憶功能，彌補了增量式的這種不足

增量式編碼器金屬光柵及實際運轉結構，如上所示：

磁柵式無軸承型編碼器，如下圖所示：

空心軸，實心軸示例圖：