编码器 （Encoder）参数及选型简介

编 码 器 （Encoder）参数及选型简介

编码器（encoder）:

编码器是以数字化信息将角度、长度、速度等物理量的信息以数字量0、1编码的方式输出的传感器，由于其具有高精度,大量程测量,反应快,数字化输出特点;体积小,重量轻,机构紧凑,安装方便,维护简单,工作可靠等优良特点，故成为当今工业控制系统备受青睐及*的一部分。

1）其以测量方式来分，有直线型编码器,旋转型编码器。

2）其以输出信号来分，有增量型编码器,型编码器。

3）其以内部的反应元件分，有光电式编码器，磁栅式编码器。

4）其以机械机构形式分，有轴承式编码器和无轴承式编码器（EX：海德汉）

增 量 型 旋 转 编 码 器 (Incremental Rotary Encoders)

工作原理:

   由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形明、暗均匀间隔的刻线，通过光电发射元件和接收器件来获得四组正弦波信号:A、B、/A、/B,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），通过电路处理后便可得到A，B两相差90°的方波脉冲或正弦波；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。

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。

△

：旋转编码器的整体结构，讲述一下，以知道其内部结构，安装形式。

增量式编码器结构及常用参数

机械外型（Mechanical）—编码器以转轴类型分，有实心轴（shaft/ Full）和空心轴(hollow type)之分；而空心型又分为全中空（Through Shaft/Though）和半中空（Hollow Shaft/ Blind）型：就安装法兰分，有同步法兰型（synchro-flange）,夹紧法兰（clamping flange）型、弹夹片（stator）型。

轴径尺寸（Shaft Dimension）—编码器实心轴轴径有6毫米*、8毫米、10毫米*、12毫米等，空心轴的轴径有8毫米、10毫米、12毫米*、大口径20~50毫米*等，其中带*号的是常规规格。

分辨率（Resolution）—编码器在单转时每旋转一周所输出的信号个数称之为分辨率，也称解析度、或直接称多少线，一般编码器输出线数为5~10000线。如：1024ppr、2048ppr等

响应频率（Frequence）—编码器在机械转速所允许的范围内所能获得的zui大输出感应频率，也就是在一秒钟内所能感应到的信号的个数。比如：0~200KHZ。

机械转速 (Speed) —编码器的结构设计使得其所能达到和承受的zui大旋转速度，其表示为一分钟内所能达到的旋转速度—rpm;（故编码器的zui大工作速度应同时兼顾编码器的机械转速、响应频率以及编码器后续接收设备的开关频率）

工作电源 （Power-Vcc）—编码器一般只有两种电压，其一为DC9~36V，另一为DC5V标准电压

工作温度（Temperature）—编码器的zui高zui低工作温度代表了编码器内部机械[配合和组成以及电子元气件的水平，较好的编码器工作温度从-40到100℃。事实上在低温情况下，受限制的是内部电子零件和外部的电缆以及密封特性。

防护等级（Protection）—是指编码器的防尘、防水性能，以标准IP(International Protection)的两位数表示，*位0—6代表防尘，第二位0—8代表防水，IP54是zui低的有限制条件的防尘防水标准，IP67可防水浸。并非在室内恒温条件下工作就不需要防水，因为编码器在工作和停机两种情况下，内部空气会热胀冷缩，密封不好，在停机是会有压缩性水气进入。专业的编码器的防护等级分电气外壳部分和转轴部分，有不同。转轴部分由于编码器的旋转要求，往往要略低。

传输距离（Cable length）—对于TTL（DC 5V）的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米左右。

对于HTL（DC：9~30V）的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米左右。

编码器轴负荷（Load on shaft）—因为要考虑到编码器在运转过程中轴所能承受的的zui大负荷，故应根据客户对轴负荷的要求来帮助他们选取适宜的编码器。此负荷分轴向受力（Axial shaft load）（垂直轴径的方向）和径向受力(Radial shaft load)（与轴径同向），根据产品质量不同有几N到上百N等。

编码器输出信号（Output Signals）:

1) 只有A相单信号，此状况用于单方向计数，单方向测速(此一般为低端编码器)。

    2) A、B两相联接，此用于正反向计数、判断正反向和测速。

3) A、B、Z三相联接，除了具备“2）”所有功能外，还用于带参考位修正的位置测量。

4) 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抵消为0，此状况衰减zui小，抗干扰*，可传输较远的距离。

    5）A、/A，B、/B，Z、/Z，U、/U，V、/V，W、/W连接，此编码器带有U，V，W相，是用在伺服电机上用来磁极对位而决定控制点的初始位置的。其U，V，W之间一般以相差120°为zui多。（Sumtak，Tamagawa具体产品如下所示：）

信号形式（Signal types）:

• 首先从波形上有正弦波（*）输出和方波输出这两种波形
• 具体的信号输出形式又可细分为如下几种：
  • 推拉输出型（Push-pull Output）.此输出电路又称为HTL ，其电源电压一般为：DC10~36V，因有较大的电源功率，故即有良好的抗干扰能力又可以实现长线传输。
  • 集电极开路型（Open-collector）此电路设计是为了更好的与一些PLC接口兼容。根据输出端三极管的极性不同，其又分为：NPN和PNP这两种。
  •  

长线驱动型（Line Drive）此电路电源电压为DC5V，为TTL电平输出，与标准RS422接口直接兼容。此电路输出信号为A、/A，B、/B，Z、/Z，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场抵消为0，此状况衰减zui小，抗干扰*，反应时间较短，又可传输较远的距离。

编码器其它相关知识

电缆及插头输出（Cable ，Connector）—编码器的信号线一般有直接线缆引出和利用航空插头引出，这个视客户的具体要求而帮他们选择之

zui大响应频率计算公式（Frequence）—F=P·n/60 ( F单位为Hz, P为编码器的解析度， N为电机及编码器的zui大机械旋转速度 )

编码器存放注意事项（Storage Options ）—因编码器为精密类产品，故不可受强力碰撞或敲击，在运输过程中亦要保证不能受到大的颠簸而导致损坏。

传输线缆（Cable）—对于需要较远传输距离的编码器来说，其输出线缆务必采用双绞屏蔽线，如此，才可以保证信号所受干扰zui小。且屏蔽线有而且只能有一端接地，具体是接在编码器端还是客户端视实际情况而定。

接线走向—在实际的工业现场中，因考虑到大功率电源线所发出的干扰波，故编码器的线缆不可与电源线呈平行状态来排布，尽量使二者为垂直走向为*。

编码器接线要点—编码器在实际接线时要严格以该产品的使用说明书为准，不可接错，尤其不能使电源线反接，否则，将有烧坏编码器的可能。信号线若连接不正确，则将会输出乱码或使驱动系统无法运行。

有客户问为什么编码器会有如此大的价格差异

      1）首先从电路部分，包括元气件以及信号输出功能部分，因不同的选择便会有较大的价格差异

      2）机械部分采用性能不同的轴承，包括本体的材料等，亦会有较大之差

      3）编码器的IP防护等级，本身所能承受的温度范围，所承受的震动，负载等，

      4）整体的制作环境，完善的实验测试设备和环境，以及产品所达到的精度等

一般客户的基本选型参数

• 首先问是选用增量式还是式
• 然后是问增量式的解析度或式的位数，如1024ppr, 12bits
• 接下来问客户所需要编码器的电源电压以及信号输出形式，比如：24V HTL 输出，5V Line Drive 输出
• zui后问对方所需求编码器的外围尺寸，轴（实心或空心）及轴的尺寸
• 基本上而言，如果能确定了以上数据之后，便基本上可以替对方选出一款符合对方要求的编码器了

增量式编码器的不足之处:

      因为增量式编码器只是每周输出一定数量的脉冲数字，有一个参考零点来做基准点的调整。但此编码器有一问题是当工作中出现掉电后将失去基准位置，也就是再上电时还得重新来寻找基准点，如此在有些工业现场中是不允许这样的。为此，针对增量式的这种不足，便有了值式编码器的出现，式编码器具有掉电记忆功能，弥补了增量式的这种不足

增量式编码器金属光栅及实际运转结构，如上所示：

磁栅式无轴承型编码器，如下图所示：

空心轴，实心轴示例图：