你真的了解码农吗？ 编码器的这些功能你知道吗？

所谓的编码器是做什么的呢？检测旋转或水平运动机械的运动方向、运动量和角度。事实上，编码器只是一个小部件。但它可能用在没有人想到的机器上。现在，我们都知道编码器是与电机配合使用的。世界上有数以百万计的可能性，编码器和电机的结合只是沧海一粟。它的应用范围超乎您的想象。让我们对编码器有一个整体的认识，根据其类型清楚地了解其优缺点，轻松区分其特点。第4栏：我们回到原来的话题，编码器还有哪些用途。介绍编码器的实际应用案例。上述所有编码器工作都是由人类完成的。编码器还用于控制喷墨打印机的墨头运动。

所谓的编码器是做什么的呢？

检测旋转或水平运动机械的运动方向、运动量和角度。

事实上，编码器只是一个小部件。 但它可能用在没有人想到的机器上。 现在，我们都知道编码器是与电机配合使用的。 世界上有数以百万计的可能性，编码器和电机的结合只是沧海一粟。 它的应用范围超乎您的想​​象。

这次我们就从“从编码器基础到应用”来介绍编码器隐藏的魅力。 本介绍分为四栏。 第一栏：编码器的粗略介绍以及编码器应用案例介绍。 第二、三栏：详细介绍编码器的工作原理和特点。 虽然简洁全面，但也解释了几个工作原理和输出形式。 让我们对编码器有一个整体的认识，根据其类型清楚地了解其优缺点，轻松区分其特点。 第4栏：我们回到原来的话题，编码器还有哪些用途。 介绍编码器的实际应用案例。

我们身边的无名英雄

每个熟悉运动控制的人都熟悉编码器。 但对于没有接触过码农的人来说，码农还是比较陌生的。 因此，小编以我们日常生活中常见的电梯为例来介绍一下编码器的作用。 在介绍之前，我们先来想象一下乘坐电梯的过程。 我们按了“△▽”按钮，不一会儿电梯就到了我们所在的楼层，自动开门，然后我们就进入了电梯。 进入电梯后，我们按下相应楼层的按钮。 电梯门自动关闭，带我们到相应的楼层，然后又打开了。

这一系列过程的背后，其实有两个编码器在发挥重要作用。 不知道你注意到了吗？ 首先，第一编码器进行电机控制，使电梯运动。 因为电梯是通过电机的旋转来上下运动的，所以只要知道旋转方向就可以判断电梯是上升还是下降。 另外，编码器可以检测电机的移动量（转数），这样就可以知道电梯移动了多少。 利用这些编码器通过电梯控制面板提供的信息，电梯可以快速、平稳地到达指定楼层。

另一个编码器是控制电梯门自动打开和关闭的电机。 我们经常观察电梯的开启和关闭，我们清楚地知道其背后有精致而精确的控制。 电梯门打开和最终关闭的时机非常精确。 在电梯门打开过程中，可以加速电梯门运行，缩短时间。 通过准确掌握电机运动并用编码器控制，可以实现丝般流畅的运动。

当电梯刚出现在人们视野时，编码器还没有普及。 上述所有编码器工作都是由人类完成的。 当时没有“△▽”按钮，都是用铃声。 我们看民国电影的时候也许能看到这样的场景。 一名上海歹徒进入电梯，电梯内的服务员根据铃声拉闸门，让电梯到达相应楼层。 但现在，由于测量电机旋转方向和转数的编码器的应用，电梯变得越来越方便，不再需要像以前那样手动操作。

编码器的结构是怎样的？

那么如何利用编码器来知道“旋转方向”、“旋转位置”、“旋转速度”呢？ 这次我将使用半透明编码器进行简要说明。 光传输编码器主要由四部分组成：①LED发光元件； ②镜头； ③码盘； ④受光IC。

首先，LED发光元件的光是混沌光。 光线通过透镜聚集在一起并转换为平行光。 码盘上均匀开有若干个矩形孔（有的透明，有的不透明）。 发射到受光IC上的发光二极管等电子元件，经信号转换电子部分处理，最终输出“A相”和“B相”两路方波。

A相和B相的相位关系全球通用，B相和A相相同，输出相差1/4周期。 通过处理A相和B相两个编码器输出，可以了解电机的旋转方向、旋转位置和旋转速度。 那么下面我们就来说说如何检测它们。

旋转方向检测

通过检测A、B相出现的顺序，可以确定旋转轴的旋转方向。 例如，当编码盘顺时针旋转时，B相会晚于A相出现。如果码盘逆时针旋转，则B相会出现在A相之前。这样的结构不仅可以用来确定旋转方向，还可以用来确定旋转方向。水平行驶时的运动方向。

旋转位置检测

码盘（光栅盘）是一块具有一定直径的圆盘，上面均匀开有若干个矩形孔。 我们在一周内测量了 360 个矩形孔。 由于每个矩形孔输出一个脉冲信号，因此每个脉冲都可以检测到同一度的旋转位置。 如果一个圆中有3600个矩形孔，同样可以检测到0.1度的角度。

转速检测

测量编码器输出的脉冲频率和编码器分辨率，然后根据以下公式轻松计算出编码器速度。

转速（r/min）=（脉冲频率/分辨率）*60

灵活使用编码器可以控制电机的旋转方向、旋转位置、旋转速度。 仍以之前提到的电梯为例，如图4所示，微处理器发送控制信号来驱动电机，安装在电机轴上的编码器输出信号。 然后使用编码器计数器处理编码器输出，并与来自微处理器的控制信号进行差分比较。 通过将驱动电机的控制信号与电机旋转的结果进行比较，仅向电机提供目标转数所需的动力。 这种封闭结构中进行比较计算的形式称为闭环（Closed Loop）。

实现高精度运行

至此，大家对于编码器的操作一定有了一个大概的了解了。 现在我们回到编码器的其他应用。

如果有人问你编码器是做什么的？ 最简单的答案是测量旋转或移动物体的方向、数量和角度。 因此，在谈论编码器的一般应用时，我们可以举出电机驱动的机器。

不过，范围似乎太宽泛了。 更准确地说，是指运行精度较高的机械设备。 对于电风扇等家用电器来说，无刷电机没有问题，所以不需要使用编码。 相比之下，工业机器人、AGV、模块等各种工业设备需要高精度的运行，编码器在这些设备中被广泛使用。

另外，文章开头介绍的电梯以及对自身运动要求较高的设备也会使用编码器。 近年来，编码器在混合动力汽车和电动汽车中的应用越来越广泛。

有电机的地方就有编码器

您是否意识到到目前为止介绍的所有编码器应用都与电力有关？ 对于旋转或水平运动，除采用电力作为动力源的电机驱动外，还有采用油压、气压作为驱动方式的方式。 但这些油、气动装置基本不使用编码器。

为什么？ 首先，通过电源开关的控制可以立即启动或停止电机。 通过控制电机电压和频率，可以轻松改变转数。 由于这些动作具有高响应性，因此可以通过编码器对电机进行高精度和速度控制。

如果使用油压作为动力源，则油压上升需要时间（如螺旋桨），因此无法像电机一样通过编码器进行控制。 不仅当螺旋桨开始转动时，而且当需要改变转数时，螺旋桨也无法立即响应，只能缓慢改变。 这是因为驱动螺旋桨运动的油压受到油的粘度和管道阻力的限制。 油压的变化和螺旋桨速度的滞后使得使用编码器测量速度进行控制变得极其困难。 气动设备也是如此。

现在小编将编码器的使用案例分为两类与大家分享。

“之前的用例”、“最近的用例”

过往应用案例

与步进电机结合“检测丢步”

步进电机向绕组输入脉冲电流，并旋转与脉冲相对应的运动角度。 因此，即使没有反馈控制，控制器也基本能够识别电机的旋转方向和角度。 但如果出现问题，就无法利用脉冲电流进行运动，控制器与实际运动之间就会出现误差。 如果应用场合精度要求较高，并且出现错误，为了检测错误并与驱动器进行验证，就需要安装编码器。

工作平台XY驱动台位置检测

编码器用于控制承载工件的驱动工作台的X轴到Y轴（水平方向）的运动。 例如，数控铣刀和放电加工机往往要求精度为几μm到十几μm。 为了实现这一点，编码器通常必须比所需的精度高十倍。 如果编码器用于切削加工，会受到切削粉、切削油、振动的影响。 如果使用环境是放电加工，会受到无线电波干扰的影响。 在这种恶劣的使用环境下，对编码器分辨率的要求极高。

喷墨打印机的打印控制

编码器还用于控制喷墨打印机的墨头运动。 “蓝色”、“深红色”、“黑色”等颜色，打印时，这个控制信号是由编码器产生的。 另外，水平打印完成后，移动纸张以打印其他区域。 此时，还利用编码器来控制旋转滚筒移动纸张。

近期应用案例

降低步进电机的功耗

如今的步进电机通常以最大电流运行。 这是为了防止前面提到的“失步”。 另外，为了防止电机停止时乱转，需要励磁电流。 因此，无论电机是否运转都需要供电，难以实现低能耗。

安装编码器不仅可以监测电机运行时的丢步，还可以监测编码器提供的电机负载反馈信号。 这使得可以仅提供所需的电流。 此外，通过在电机停止时监控编码器信号，可以降低整体电流消耗。

工业阀门旋转部分的控制

所有类型的管道都配备有阀门。 也有可以通过电机驱动来控制阀门旋转的产品。 但由于使用环境的影响，无法使用光电编码器。 然而，磁编织比光编织更能适应恶劣的环境，而且体积更小，更容易安装。 因此适用于工业阀门。

结论

这里所说的编码器应用都是与电机结合的应用。 当今广泛使用的液压和气动设备不会消失。 但越来越多的领域开始使用电机作为首选。 众所周知，油压和气压的优点是可以提供强大的动力，但随着技术的进步，使用的电机越来越多。 因此，编码器的应用将会越来越广泛。

伺服电机编码器是安装在伺服电机上的传感器，用于测量磁极位置以及伺服电机角度和速度。 根据物理介质的不同，伺服电机编码器可分为光电编码器和磁电编码器。 此外，旋转变压器也被认为是一种特殊类型的伺服编码器。 市场上基本采用光电编码器。 然而，作为后起之秀，磁电编码器可靠、便宜、抗污染。 有光电编码器正在迎头赶上。 趋势。

为什么伺服电机自带编码器，需要外接编码器？

1、采用独立的伺服电机，是半闭环控制方式。 伺服电机内置的编码器提供速度反馈和位置反馈。

2、伺服电机自带编码器，但是否需要单独连接编码器到伺服电机上？ 这是一种介于半闭环控制和全闭环控制之间的控制方法。 伺服电机自带编码器用于速度反馈，外部连接一个单独的编码器到伺服电机用于位置反馈。

3、全闭环控制模式下，伺服电机内置编码器提供速度反馈，位置反馈采用光栅尺。

伺服电机编码器简介

伺服电机编码器是安装在伺服电机上的传感器，用于测量磁极位置以及伺服电机角度和速度。 根据物理介质的不同，伺服电机编码器可分为光电编码器和磁电编码器。 此外，旋转变压器也被认为是一种特殊类型的伺服编码器。 市场上基本采用光电编码器。 然而，作为后起之秀，磁电编码器可靠、便宜、抗污染。 它们有潜力赶上光电编码器。 趋势。 伺服电机编码器轴与机器的连接应采用软连接器。 除了上述正交的正弦和余弦信号外，另一种正弦和余弦编码器还具有相互正交的1Vp-p正弦C和D信号，它们仅在一圈中出现一个信号周期。 如果C信号是sin，那么D信号是cos。 通过正余弦信号的高倍细分技术，正余弦编码器不仅可以获得比原始信号周期更精细的标称检测分辨率，如2048线正余弦编码器经过2048细分后，可以达到每转标称检测分辨率超过 400 万线。 目前欧美不少伺服厂商提供此类高分辨率伺服系统，但国内厂商还很少； 另外，经过C、D正弦、余弦编码器的C、D信号细分后，还可以提供更高的每转绝对位置信息，如每转2048个绝对位置。 因此，带C、D信号的正余弦编码器可以看作是模拟单圈绝对值编码器。

伺服电机与编码器的关系

1、伺服驱动器和编码器是伺服系统的两个必备部件。 伺服驱动器控制部分通过读取编码器获得：转子转速、转子位置和机械位置，可以完成：

A.伺服电机的速度控制

B、伺服电机的扭矩控制

C、机械位置同步跟踪（多传输点）

D、固定停车位

2、编码器的类型有很多种，最常用的是绝对式编码器、增量式编码器和旋转变压器，还有一些通讯性较高的编码器。对于伺服来说，为了获得非常高的性能和精度，编码器的分辨率必须得到改善。 常用的伺服编码器有2000-2500线（脉冲数/转），但线数越高，编码器的价格越高。 价格昂贵，因此必须了解控制系统要求才能选择最合适的编码器

3、增量编码器最常用，但最大的问题是：断电位置丢失，所以要保持断电位置，可以采用绝对编码器； 如果机械振动较大，则不宜使用光电编码器，这需要使用旋转变压器。