沒有它，電梯不能把你送到想去的樓層，機床不能精確切割物料，電機就會亂轉。它就是一代神器——編碼器！

一. 什么是編碼器

編碼器是一個機械與電子緊密結合的精密測量器件。它通過光電或電磁原理將一個機械的幾何位移量轉換為電子信號（電子脈沖或數據串）。這種電子信號通常需要連接到控制系統，控制系統經過計算可以得到測量的數據，以便進行下一步工作。

 

圖 1 編碼器

二. 編碼器分類

按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。

按照檢測工作原理，又可以分為光電式和電磁式。

 

 

 

 

磁編碼器的特點：堅固、抗振動、灰塵、臟、潮濕、成本低；

光電編碼器的特點：高分辨率、精度更高、通孔軸套。

1. 增量式編碼器

增量式編碼器通常有3個輸出口，分別為A相、B相、Z相輸出，A相與B相之間相互延遲1/4周期的脈沖輸出，根據延遲關系可以區別正反轉，而且通過取A相、B相的上升和下降沿可以進行2或4倍頻;Z相為單圈脈沖，即每圈發出一個脈沖。

增量測量法的光柵由周期性柵條組成。位置信息通過計算自某點開始的增量數（測量步距數）獲得。由于必須用絕對參考點確定位置值，因此圓光柵碼盤還有一個參考點軌。

 

 

 

 

2. 絕對式編碼器

絕對式編碼器就是對應一圈，每個基準的角度發出一個唯一與該角度對應二進制的數值，通過外部記圈器件可以進行多個位置的記錄和測量。

編碼器通電時就可立即得到位置值并隨時供后續信號處理電子電路讀取。無需移動軸執行參考點回零操作。絕對位置信息來自圓光柵碼盤，它由一系列絕對碼組成。單獨的增量刻軌信號通過細分生成位置值，同時也能生成供選用的增量信號。

單圈編碼器的絕對位置值信息每轉一圈重復一次。多圈編碼器也能區分每圈的位置值。

 

圖2 絕對式旋轉編碼器的圓盤光柵

 

 

 

 

它們存著最大的區別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標記開始計算的脈沖數量確定的，而絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數是唯一的，因此當電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數仍是當前的、有效的，不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標記。

下圖給出了兩種編碼器的區別。

 

三. 編碼器工作原理

增量式旋轉編碼器通過內部兩個光敏接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。

下面對增量式旋轉編碼器的內部工作原理。

 

A、B兩點對應兩個光敏接受管，A、B兩點間距為 S2，角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。

當角度碼盤以某個速度勻速轉動時，那么可知輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值相同，同理角度碼盤以其他的速度勻速轉動時，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度碼盤做變速運動，把它看成為多個運動周期（在下面定義）的組合，那么每個運動周期中輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。

通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序為:

 

我們把當前的A、B輸出值保存起來，與下一個A、B輸出值做比較，就可以輕易的得出角度碼盤的運動方向，如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，除以所消毫的時間，就得到此次角度碼盤運動位移角速度。

S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。

我們常用的鼠標也是這個原理哦。

繞不開的格雷碼

絕對型編碼器輸出的是格雷碼，那么格雷碼是什么？

典型的二進制格雷碼（Binary Gray Code）簡稱格雷碼，因1953年公開的弗蘭克·格雷（Frank Gray，18870913-19690523）專利“Pulse Code Communication”而得名，當初是為了通信，現在則常用于模擬－數字轉換和位置－數字轉換中。

在一組數的編碼中，若任意兩個相鄰的代碼只有一位二進制數不同，則稱這種編碼為格雷碼（Gray Code），另外由于最大數與最小數之間也僅一位數不同，即“首尾相連”，因此又稱循環碼或反射碼。在數字系統中，常要求代碼按一定順序變化。例如，按自然數遞增計數，若采用8421碼，則數0111變到1000時四位均要變化，而在實際電路中，4位的變化不可能絕對同時發生，則計數中可能出現短暫的其它代碼（1100、1111等）。在特定情況下可能導致電路狀態錯誤或輸入錯誤。使用格雷碼可以避免這種錯誤。格雷碼有多種編碼形式。

 

四. 編碼器的應用