编码器的工作原理，它的作用有哪些？

编码器的工作原理，它的作用有哪些？

编码器是一种将信号（如比特流）或数据编译并转换为可用于通信、传输和存储的波形的设备。Hengstler编码器将角位移或线位移转换为电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。根据读取方法，亨士乐编码器可分为两种类型：接触式和非接触式；根据工作原理，编码器可分为两种类型：增量型和绝对型。


增量编码器将位移转换为周期性电信号，然后将电信号转换为计数脉冲，脉冲数表示位移的大小。绝对编码器的每个位置对应一个特定的数字代码，因此其指示仅与测量的开始和结束位置有关，与测量的中间过程无关。

Hengstler编码器将角位移或线位移转换为电信号，前者成为码盘，后者称为码尺。根据读取方法，编码器可分为两种类型：接触式和非接触式。接触类型采用电刷输出，电刷接触导电区或绝缘区，指示代码状态为“1”还是“0”；非接触式接收敏感元件为光敏元件或磁敏元件。半透明区域和不透明区域指示代码的状态是“1”还是“0”，并且通过二进制编码“1”将收集的物理信号转换为机器代码可读的电信号。“0”表示通信、传输和存储。

根据工作原理，Hengstler编码器可分为两类：增量编码器和绝对编码器。增量编码器将位移转换为周期性电信号，然后将电信号转换为计数脉冲，脉冲数表示位移的大小。绝对编码器的每个位置对应一个特定的数字代码，因此其指示仅与测量的开始和结束位置有关，与测量的中间过程无关。它们有最大的区别：对于增量编码器，位置由从零位开始计数的脉冲数决定，而对于绝对编码器，位置由读取输出代码决定。每个位置的输出代码的读数在一圈内是唯一的，因此，当电源关闭时，绝对编码器不会与实际位置断开。再次打开电源时，位置显示仍然是最新的和有效的，与增量编码器不同，增量编码器必须寻找零标记。

从接近开关、光障到旋转编码器

在工业控制中的定位、接近开关和光障的使用是相当成熟和易于操作的。然而，随着工业控制的不断发展，有了新的要求，因此选择旋转编码器的应用优势突出：

信息化：除了定位，控制室还可以知道其具体位置；

灵活性：可在控制室灵活调整定位；

现场组装的方便性、安全性和寿命：如果解决了旋转编码器的安全组装问题，拳头大小的旋转编码器可以测量从几μ到几百米的距离，有n个工位。许多接近开关和挡光板在现场机械安装很麻烦，容易损坏，受到高温和水蒸气的干扰。因为它是光电编码器，没有机械损耗，而且只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。

多功能：除了定位，它还可以远程传输当前位置和转换移动速度，这对于变频器和步进电机等应用尤其重要。

经济性：多个控制中心，只需一个旋转编码器的成本，最重要的是，安装、维护和损耗成本降低，使用寿命延长，经济性逐渐得到重视。

由于上述优点，旋转编码器正越来越多地应用于各种工业控制场合。


从增量编码器到绝对编码器

旋转增量编码器，使其在旋转时产生脉冲，并通过计数设备了解其位置。当亨士乐编码器静止或发生电源故障时，它依靠计数设备的内部存储器来记住位置。这样，当出现电源故障时，编码器无法移动。当电源接通时，编码器输出脉冲被处理，没有干扰，脉冲丢失，否则计数设备保存的零点将被偏移，这个偏移量在显示错误的生产结果之前是不可能知道的。

解决方法是增加参考点。每次亨士乐编码器经过参考点时，参考位置都会被修正到计数器的记忆位置。在参考点之前，无法保证位置的准确性。因此，在工业控制中，有一些程序，比如为每次操作找到参考点，并启动机器以找到变化。

例如，打印机扫描仪的定位基于增量式编码器的原理：每次我们打开它时，我们都会听到噼啪声，它会搜索参考零点，然后工作。

在一些工业控制项目中，这种方法更麻烦，甚至不允许开始更改（启动后必须知道确切位置），因此绝对编码器应运而生。

绝对光学旋转编码器在各种工业系统中越来越多地用于角度、长度测量和位置控制，因为每个位置都是绝对唯一的，没有干扰和断电记忆。

绝对编码器光盘上有许多行，每行由2行、4行、8行和16行交替组成。在编码器的每个位置，读取每个十字线的连续性和黑暗度会产生一组从2的零次方到2的n-1次方（格雷码）的唯一二进制代码，表示为n位绝对编码器。这种亨士乐编码器由码盘的机械位置决定，对电源故障和干扰不敏感。

每个位置的唯一性由绝对编码器的机械位置决定，不需要记住，不需要找到参考点，也不需要一直计数，当需要知道位置时，可以读取其位置。这样，编码器的抗干扰性能和数据的可靠性都大大提高。

由于绝对编码器在定位方面明显优于增量编码器，因此它们越来越多地被用于工业控制定位。由于其高精度，绝对式编码器有大量的输出位。如果仍然使用并联输出，则每个输出信号必须连接良好。对于更复杂的工作条件，它需要绝缘，并且连接线芯的数量很大。这会带来很多不便，降低可靠性。因此，对于多位数输出类型，绝对编码器通常使用串行输出或总线输出。德国制造的绝对编码器最常用的串行输出是SSI（同步串行输出线输出）。

从单圈绝对编码器到多圈绝对编码器，旋转单圈绝对编码器，在旋转时测量光学编码器盘的每一行，以获得唯一代码。如果旋转超过360度，代码返回原点，这不符合仅绝对编码的原则，这样的编码器只能用于360度旋转范围内的测量，称为单圈绝对编码器。

如果你想测量超过360度的旋转，可以使用多圈绝对编码器。

编码器制造商使用时钟和齿轮机械的原理：当中央码盘旋转时，驱动另一组码盘（或多组齿轮、多组码盘）齿轮，并在单圈编码的基础上增加转数。为了扩大旋转编码器的测量范围，这种绝对值编码器被称为多圈绝对值编码器。它也由机械位置编码，每个位置代码都是唯一的，没有存储就不会重复。

多圈编码器的另一个优点是，由于测量范围大，实际使用往往更丰富，因此安装时不需要找到零点，并且可以使用某个中间位置作为起点，大大降低了安装和调试的难度。

多匝绝对式编码器在长度定位方面具有明显的优势，越来越多地应用于工业控制定位。

绝对编码器的机械安装：

绝对式旋转编码器机械安装包括高速终装、低速终装、机械辅助设备安装等形式。

高速最终组装：组装在动力电机（或齿轮连接）的轴端进行。这种方法的优点是分辨率高。由于多圈编码器有4096圈，电机的圈数在这个范围内，整个范围可以完全用于提高分辨率。缺点是运动物体通过减速器后，往复运动时会产生齿轮间隙误差，一般用于单向高精度控制和定位，如轧钢中的B辊间隙控制。此外，Hengstler编码器直接安装在高速端，电机抖动必须小，否则编码器容易损坏。

低速终装：安装在减速器后，如B.在提升用绳筒的轴端或最后一个减速器的轴端，这种方法没有往复运动，测量更直接，精度更高。这种方法通常测量距离定位的长度，如各种起重设备、喂料小车的定位等。

辅助机器的安装：

常用的货架、链条带、摩擦滑道、收绳机等。

光电编码器的特点

·应用光电感应技术

·表面安装无线组件

·提供双通道数字信号输出

·计数频率：0~100KHz

·电源电压DC5。0V，5~12V，12~24V

·工作温度：-10至70摄氏度

·编码分辨率：180 LPI

·符合RoHS环境标准

编码器的工作原理

绝对驱动力：APC

增量编码器：SPC

两者都常用于速度或位置控制系统的传感元件中。

旋转编码器是一种测量速度的装置。它分为单输出和双输出。技术参数主要包括每转脉冲数（几十到几千）和电源电压。单输出意味着旋转编码器的输出是一系列脉冲，而双输出旋转编码器输出两组相位差为90度的脉冲。通过这两组脉冲，不仅可以确定转速，还可以测量旋转方向。

增量编码器和绝对编码器之间的区别

如果按照信号原理划分编码器，则有增量编码器和绝对编码器。

增量编码器（旋转式）


工作原理：

四组正弦波信号由一个中心轴上有环形和暗划线的光电码盘获得，并由光电发射和接收设备读取，对于a、B、C、D，每个正弦波的相位差为90度（相对于一个周期360度），C和D信号被反转并叠加在A和B相位上，以增强稳定的信号，此外，每转有一个Z相位脉冲输出，以实现代表零参考位。


由于相位A和B相差90度，因此可以通过比较相位A或相位B来预先判断编码器的正向旋转和反向旋转，并且可以通过零脉冲获得编码器的零参考位置。

编码盘的材料有玻璃、金属和塑料。玻璃码盘是玻璃上的一条细线，热稳定性好，精度高。然而，由于金属具有一定的厚度，其精度受到限制，其热稳定性比玻璃低一个数量级。塑料码盘经济、成本低，但其精度、热稳定性和耐久性较差。

分辨率——编码器每360度旋转提供的通过数或暗线数称为分辨率，也称为分辨率分割，或直接指多少线，通常为每旋转5到10000线。

信号输出：

信号输出包括正弦波（电流或电压）、方波（TTL、HTL）、开路集电极（PNP、NPN）、推挽式，其中TTL为长线差分驱动（平衡A、A-；B、B-；Z、Z-），HTL也称为推挽、推挽输出，编码器信号接收设备接口应与编码器对应。

信号连接——编码器脉冲信号通常连接到计数器、PLC和计算机。与PLC和计算机相连的模块分为低速模块和高速模块，开关频率为低或高。

作为单相连接，用于单向计数和单向速度测量。

A.B两相连接用于上下计数、前后判断和测速。

A、 B、Z三相连接，用于带参考位置校正的位置测量。

A、 A、B、B、Z、Z连接，由于采用平衡负信号连接，电流对电缆产生的电磁场为0，衰减最小，抗干扰性最好，可远距离传输。

对于负信号输出平衡的TTL编码器，信号传输距离可达150米。

HTL编码器具有对称负信号输出，信号传输距离可达300米。

亨士乐编码器的定义和功能：

在数字系统中，通常需要将某些信息（输入）转换为特定代码（输出）。根据特定规则排列二进制代码，如B.8421代码、格雷码等，使每组代码具有特定含义（代表特定数字或控制信号）称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器有多个输入，一次只将一个输入信号转换为二进制代码。如果编码器有N个输入端口和N个输出端口，则≤ 应满足输出端口和输入端口之间的2n。例如，8线3线编码器和10线4线编码器分别具有8输入3位二进制代码输出和10输入4位二进制代码输出。

1.4线-2线编码器

下面分析了4个输入和2个二进制输出的编码器的工作原理。4线-2线编码器的功能如表5.2.1所示。


根据图5.2.1所示的逻辑表达式绘制逻辑图。该逻辑电路可以实现表5.2.1所示的功能，即当I0~I3的一个输入为1时，输出为Y1Y0对应的代码。例如，如果I1为1，则Y1Y0为01。这里还有一个问题需要读者注意。当I0为1时，I1~I3均为0，I0~I3均为0，Y1Y0均为00，这两种情况需要在实践中加以区分，这个问题需要以后解决。当然，编码器也可以在低电平运行。


2.键盘输入8421BCD编码编码器：

计算机的键盘输入逻辑电路由编码器组成。图5.2.2是一个8421码编码器，由十个键和门电路组成，其功能如表5.2.2所示。其中，S0~S9代表10个键，即十进制数字0~9对应的输入键。相应的输出代码正好是8421BCD代码，也用作逻辑变量，ABCD是输出代码（A是最高位），GS是控制启用标志。

通过分析功能表和逻辑电路，可以发现：① 编码器的输入在低电平有效，② 当在S0~S9中按下任何键时，即H。如果任何输入信号处于有效电平，则GS=1，表示有信号输入，并且仅当S0~S9处于高电平，GS=0，则表示没有信号输入，此时输出代码为无效代码。这就解决了如何区分输出均为0的两种情况的问题。


总之，编码器可以总结如下：

1.编码器的输入端口N的数量（要编码的信息的数量）和输出端口N的数量（结果代码的位数）之间的关系应满足关系N≤ 2n。

2、每个编码器输入端口代表一个二进制数、十进制数或其他信息符号，一次只允许N个输入端口中的一个输入端口输入信号（低电平输入激活或高电平输入）。有效），输出为相应的二进制代码或二进制十进制（BCD）代码。

3.正确使用编码器的控制端口可以扩展编码器的功能。

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