编码器的定义、用途及分类

刘满后

编码器的定义

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编码器(encoder)是一种用于运动控制的传感器。它利用光电、电磁、电容或电感等感应原理，检测物体的机械位置及其变化，并将此信息转换为电信号后输出，作为运动控制的反馈，传递给各种运动控制装置。

编码器的用途

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编码器被广泛应用于需要精准确定位置及速度的场合，如机床、机器人、电机反馈系统以及测量和控制设备等。

编码器的分类

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编码器的分类概览

图：编码器的分类概览

（猛戳看大图）

按照机械结构形式，编码器可以分为旋转编码器(rotary encoder)和线性编码器(linear encoder)。

• 旋转编码器的应用最为广泛，主要用于测量机械设备的角度、速度或者电机的转速。
  
  
• 线性编码器主要用于测量线性位移，又可以分为拉线编码器(wire draw encoder)和直线编码器(line encoder)两类。
  
  
• 拉线编码器是拉线盒(wire draw mechanism)与旋转编码器的机械组合，通过拉线盒这种机械装置将机械设备的直线运动转化为圆周运动，从而可以使用旋转编码器进行测量线性位移。
  
  
• 直线编码器通常由阅读器(reader)和测量标尺(measuring ruler)组成，通过检测阅读器与测量标尺之间的相对位置，从而计算出机械位置及其变化。
  
  
  

按照电气输出形式，编码器可以分为增量型编码器(incremental encoder)和绝对值型编码器(absolute encoder)。

• 增量型编码器的输出为周期性重复的信号，如方波或者正弦波脉冲。因此，可以分为方波增量型编码器和正余弦波增量型编码器。
  
  
• 方波增量型编码器是最常用的编码器之一，通过计算方波脉冲的数量和频率得出长度和速度。方波增量型编码器有电压型输出，如TTL（也称长线驱动、线驱动或RS422）和HTL（也称推挽输出或推拉输出）等，和开关型输出，如NPN开路集电极输出和PNP开路集电极输出。
  
  
• 正余弦波增量型编码器的输出一般为1Vpp或者0.5Vpp的正弦波和余弦波，通过计算正余弦的幅值可以精确的细分出微小的角度。
  
  

• 绝对值型编码器的输出则是代表着实际位置的特定的数字编码，不同的编码规则对应着不同的通信协议，也就是我们通常说的通信接口。
  
  
• 绝对值型编码器常见的的通信接口有：
  
  
  • 模拟量（如，4-20mA电流型输出和0-10V电压型输出等）
  • 并行口（如推挽输出和开路集电极输出等，每根线芯代表着二进制的一位数字）
  • 串行口（如RS485，RS232, RS422等）
  • 工业总线接口（如SSI, PROFIBUS, DeviceNet, CANOpen等）
  • 工业以太网接口等（如PROFINET, Ethernet IP, EtherCAT, POWERLINK等）
    
    
    
    
• 绝对值型编码器包含单圈绝对值型编码器(Single-turn absolute encoder)和多圈绝对值型编码器(Muliti-turn absolute encoder)。单圈绝对值型编码器可以确定一圈范围以内的角度，而多圈绝对值型编码器除了确定一圈范围以内的角度以外，还可以确定圈数。
  
  

按照检测工作原理，编码器可分为光电编码器(optical encoder)、磁性编码器(magnetic encoder)以及电感式编码器(inductive encoder)和电容式编码器(capacitive encoder)，等等。

• 光电编码器采用光学检测原理，一般检测精度相对较高，但在户外及恶劣环境下使用时需要较高的防护要求，并且不适宜在凝露的环境中使用。
  
  
• 磁性编码器采用磁阻或者霍尔元件对磁性材料的角度或者位移值进行测量。同光学检测原理相比，磁电式检测原理具有抗振动、抗污染等特点，可应用于传统的光电编码器不能适应的领域。
  
  

按照机械安装方式，编码器还可分为实心轴型和空心轴型，其中空心轴型又可分为盲孔型和通孔型。用于伺服反馈的编码器还常见锥孔型和锥轴型等安装形式。

按照适用环境，编码器可以还分为一般工业型，重载型和防爆型等。