编码器类型原理知识汇总（增量式/绝对式/绝对值）

编码器按信号原理划分，有增量编码器（SPC）绝对编码器（APC）。
绝对编码器可以记录编码器在绝对坐标系上的位置，而增量编码器可以从预定义的起始位置输出编码器的增量变化。
增量编码器需要额外的电子设备(通常是PLC、脉冲计数器或变频器，并将脉冲数据转换为速度或运动数据，
绝对编码器可以产生能够识别绝对位置的数字信号。
综上所述，增量编码器通常更适合低性能的简单应用，而绝对编码器是更复杂的关键应用的最佳选择–这些应用程序对速度和位置控制有更高的要求。

增量编码器
增量编码器只能记住它走了多少步，当然会有一个原点。在第一次通过原点之前，它不知道它在哪里。
增量编码器存在零累积误差、抗干扰性差、接收设备停机时断电记忆、开机时发现零或参考位等问题。这些问题可以通过选择绝对编码器来解决。增量编码器的一般应用：测速、旋转方向、移动角度和距离（相对）。
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，用脉冲数表示位移的大小。

由于增量编码器**光栅盘(又称分度码盘)和光电检测装置(又称接收器)**组成。
光栅盘在一定直径的圆板上等分开几个矩形孔。由于光栅盘与电机同轴，电机旋转时，光栅盘与电机同速旋转，发光二极管垂直照射光栅盘，将光栅盘图像投射到由光敏元件组成的光电检测装置(接收器)上。转换后，光栅盘旋转产生的光变以相应的脉冲信号输出。

玻璃、金属、塑料等是编码器码盘的材料。
玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，热稳定性好，精度高。
金属码盘直接通过，不刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度有限，其热稳定性也比玻璃差一个数量级。
塑料码盘成本低，但精度、热稳定性、使用寿命差。

1.增量旋转编码器的工作原理
增量旋转编码器通过两个光敏接收管转换角度码盘的时间顺序和相位关系，以增加（正方向）或减少角度码盘的角位移（负方向）。
增量旋转编码器的工作原理如下图所示。
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图中A、B两点之间的间距是S2.角度码盘的光栅间距分别对应两个光敏接收管S0和S1。
当角度码盘匀速旋转时，输出波形图中可以知道S0：S1：S2比值和实际图S0：S1：S同样，当角度码盘变速转动时，输出波形图中的比值相同。S0：S1：S2比值和实际图S0：S1：S2比值仍然相同。
每个运动周期的时间序列为：
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我们把现在的A、B保存输出值和下一个到来A、B通过比较输出值，可以得度码盘旋转的方向，

如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S弧度夹角相同，而且S2等于S0的1/2，这个角度码盘的运动位移角度可以得到S0弧度夹角的1/2，除以所需时间，得到角度码盘运动的角速。
S0等于S1时，且S2等于S如果0的1/2，1/4的运动周期可以得到运动方向和位移角度S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，需要一个运动周期才能得到运动方向和位移角度。

实际使用的增量编码器输出三组方波脉冲A、B和Z(有的叫C相)相。A、B两组脉冲相位差90o(一个周期是360°，1/4周期为90°，就是所说的A，B相位相差90°），旋转方向和速度可以判断。而Z相脉冲又叫做零位脉冲（有时也叫索引脉冲），为每转一周输出一个脉冲，Z相脉冲代表零位参考位，编码器的零位参考位可通过零位脉冲获得，如下图所示。
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增量编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，可任意设置计数起点，实现多圈无限累积和测量。
编码器轴旋转一圈将输出固定的脉冲数。脉冲数由编码器代码盘上光栅的线数决定。编码器称为分辨率，也称为分析分度，或分析分度，通常在每转5~当需要提高分辨率时，可以使用90度相位差A、B两个信号倍频或更换高分辨率编码器。

增量编码器的精度取决于机电因素，包括光栅分度误差、光盘偏心、轴承偏心、电子读数装置引入的误差和光学部件的不准确性。

编码器的信号输出包括正弦波（电流或电压）和方波（TTL、HTL）等多种形式。而且可以用差分驱动，包含对称A /A-、B /B-、Z /Z-三相信号，由于对称负信号的连接，电流对电缆的电磁场为0，信号稳定衰减最小，抗干扰最好，传输距离较远，如：TTL对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。对于HTL对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。
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2.增量编码器的分类
1)单通道增量编码器只有一对光电耦合器，只能产生脉冲序列。

2）AB相编码器内有两对光电耦合器，输出相位差为90°两组脉冲序列。两个脉冲的先进和滞后正好相反。
当需要提高测量精度时，可分别采用4倍频法，即A、B分辨率可提高4倍，但被测信号的最高频率相应降低。
3)除了两对双通道增量编码器的光电耦合器外，脉冲码盘的另一个通道还有一个透光段，每转1圈，输出一个脉冲，称为Z相零脉冲，用作系统清除信号或坐标的原点，以减少测量的积累误差。

3.编码器的选择
首先根据测量要求选择编码器的类型，增量式编码器每转发出的脉冲数等于它的光栅的线数。在设计时应根据转速测量或定位的度要求，和编码器的转速，来确定编码器的线数。编码器安装在电动机轴上，或安装在减速后的某个转轴上，编码器的转速有很大的区别。还应考虑它发出的脉冲的最高频率是否在计数器允许的范围内。

绝对值编码器
只要绝对值编码器上电，你就可以知道你现在在哪里。绝对值编码器需要雕刻更多的线路，成本高，性能好，价格贵。断电后，您将记住原始值，无需返回原点。绝对值相当于有一个CPU。
绝对值编码器的每个位置对应一个确定的数字码，因此其示值仅与测量的开始和结束有关，而与测量的中间过程无关。

机械臂上绝对值编码器的应用
首先，让我们先了解绝对值编码器。绝对编码器光盘上有许多刻线。每个刻线分别为2、4、8、16线……这样，在编码器的每个位置，通过读取每个刻线的通暗，获得一组从2的零到2的n-一次方唯一的2进制编码(格雷码)，称为n位绝对编码器。该编码器由码盘的机械位置决定，不受停电、干扰的影响。

**绝对编码器由机械位置决定的每个位置的独特性。它不需要记忆，不需要找到参考点，也不需要一直计算，什么时候需要知道位置，什么时候。**这样，编码器就不需要打开零，大大提高了抗干扰特性和数据的可靠性。此外，绝对值编码器可以直接读取，而无需确定方向和累计数，其响应速度快于增量。

一般来说，机械臂位置信息的每一维反馈都需要绝对值编码器的反馈。在高精度机械臂的应用中，如半导体自动化机械臂，可提供高达30位的多圈位置信息，为机械臂的精确控制提供必要的反馈信息。能检测到每分钟12000转的运动信息，反应非常敏感；机械臂的运动速度等参数可以通过读取的位置信息来计算。对于多维机械臂的运动位置，主控制器可以读取绝对值编码器，这对增量编码器有很大的优势。

机械臂的设计需要高精度、高灵敏度、小尺寸、模块化设计，使绝对值编码器能够更好地应用。
在多圈光电绝对值编码器的应用中，由于其位置信息不需要电池电源或其他存储，系统上电后可以轻松读取，这是增量编码器无法比拟的。绝对值编码器具有高精度、高灵敏度和快速响应性，可应用于闸门开度控制、机械臂和高精度位置控制部件。

绝对值编码器常见故障
首先，编码器本身出现故障，这通常意味着设备本身的组件有问题，导致设备无法产生和输出正确的波形。解决故障最简单、最好的方法是直接更换编码器或维护内部设备。

第二，编码器连接的电缆出现故障，是发生概率最高的故障。这种现象在维护过程中经常发生。因此，许多用户在发现设备出现故障时会立即考虑这一因素。可能是接触不良、电缆断路等问题。用户可以直接更换电缆或接头，并注意电缆是否不稳定、不紧固。每次使用前检查。

第三，编码器电源下降的原因可能是原因可能是电源故障，电源传输电缆电阻值较大，可根据用户的实际情况进行维护或更换电缆。

第四，编码器电池电压下降，电压下降说明有问题，此时需要更换电池。

绝对值与绝对编码器的混淆
绝对值编码器的绝对是指数据的独特性、可靠性和稳定性，而不是停电记忆

对于目前市场上鱼目混珠的绝对值编码器产品，对于编码器 “绝对值” 解释概念，防止用户选择错误的产品，被欺骗。 旋转编码器是一种重要的机械位置角度、长度、速度反馈和控制传感器。旋转编码器分为增值编码器、绝对值编码器和绝对值多圈编码器。

(如伺服控制器，PLC），从A 点变化到B 点信号的增减计算，又称相对值，需要后续设备的不间断计数。由于每个数据不是独立的，而是依赖于以前的读数，因此无法判断以前数据停电和干扰造成的误差，导致误差积累；绝对工作模式是指设备初始化后确定原点（校准校准），所有位置信息为原点的绝对位置，不需要后续设备不间断计数，而是直接读取当前位置值，因为每次读数独立，不会造成误差积累，这种被称为接收设备的绝对工作模式。

绝对值编码器内部的绝对值定义是指编码器内部的所有位置值。编码器生产出厂后，其范围内的所有位置都在编码器中绝对确定化原点后，每一个位置独立并具有唯一性，它的内部及外部每一次数据刷新读取，都不依赖于前次的数据读取，无论是编码器内部还是编码器外部，都不应存在“计数”与前次读数的累加计算，因为这样的数据就不是“独立”“唯一”“量程内所有位置已经预先绝对确立”了，也就不符合“绝对”这个词的含义了。

所以，真正的绝对编码器的定义，是指量程内所有位置的预先与原点位置的绝对对应，其不依赖于内部及外部的计数累加而独立、唯一的绝对编码。

关于“绝对式”编码器的概念的“故意混淆”与认识的误区

关于绝对值编码器，很多人的认识还是停留在“停电”的位置保存这个概念，这个是片面而有局限性的，“绝对值”编码器不仅仅是停电的问题，对于接收设备，真正的“绝对值”的意义在于其数据刷新与读取无论在编码器内部还是外部，每一个位置的独立性、唯一性、不依赖于前次读数的“绝对编码”，对于这个“绝对”的定义市场上还是模糊不清的，为此有些商家就会对于此概念的“故意混淆”：

混淆一：
将接收设备的“绝对式工作模式”与绝对值编码器的“绝对式”的混淆。接收设备的“绝对式”是指接收设备的无需不间断计数累加，所有位置对于设备原点的“绝对”工作模式，事实上这种模式通过增量编码器+自身的计数累加装置+电池记忆，一样可以提供给设备“绝对式”的位置信息，它与绝对值编码器的“绝对编码”完全不是一个概念，它存在计数的误差及累加误差的可能性、计数装置供电故障可能性、高速时计数无法响应等可能性。

混淆二：
将绝对值单圈编码器+内部及外部的计数累加装置与真正意义的绝对值真多圈编码器的混淆。**绝对值单圈+计圈计数装置，它在360 度以内是绝对值的，但是超过360 度以后，它的位置就不是“独立”“唯一”了，**它是依靠内部或外部的计数来判断多少圈内的单圈绝对位置信息的，这种内部或外部的“计数装置”，与增量编码器+计数装置+电池记忆的性质是一样的，任何计数上的误差，或者计数装置工作时电源的瞬间故障，都会造成误差而累计而无法判断，造成欺骗性假绝对化信息。而真正的绝对值多圈编码器，除了360 度内的位置都是绝对唯一的以外，在超过360 度后继续有齿轮机械带动的绝对值码盘，仍然提供“独立”“唯一”、不依赖于前次数据刷新读取累加的绝对编码。实际上从“绝对”这个定义上讲，前面的那种单圈绝对+计数累加装置的“假多圈绝对值编码器”，它就不能再叫“绝对值多圈编码器”了，尽管在360 度以内是绝对的，但是超过360 度的工作量程，就不再是“绝对值编码”了。

关于为什么要强调绝对值编码器的“绝对”概念的定义，其意义在于：

第一、可以为每个轴位置提供一个绝对的码值。 特别是在位置控制中，绝对值编码器无需计数，可以实现直接的内部高速读数与外部输出，此为绝对值编码器的“高速”及“经济”的特征，其可减轻了后续接收设备控制器的计算任务，并且降低了其他附加的输入部件的成本。例如在多轴并行工作的工业机器人，可以实现高速多轴的并行同步工作。以及各种需要多轴同步的控制领域。

第二、无需计数的绝对值编码器在电源启动后或者内部及外部电源故障，不需要参考驱动，在电源正常后即可获得当前的准确位置。 而在各种工业电气环境下的复杂干扰情况下（例如变频器与电机的干扰），由于绝对值编码器其原始的位置信息是绝对的，而不会受干扰的影响。上述特征，决定了这种编码器的安全可靠性特征，可使用在具有安全要求的场合，例如风力发电变桨系统、港口机械同步于定位、起重机械、建筑机械（塔吊）、电梯、工程机械、钢铁冶金、石油化工、水利电力、医疗设备雷达火炮回转装置、太阳能跟踪回转装置等，以及重工业、核工业、汽车制造等领域的大型工业机器人。

第三、在今天，快速可靠的数字化的数据传输已经是绝对值编码器的核心要素之一，工业用的标准的Canopen、Profibus-DP 现场总线，Profinet、Eerthnet 工业以太网，Endat2.2、Hiperface、Biss、专用高速含CRC 数据安全的RS485 等伺服与机器人专用高速数据传输协议，原来用“脉冲”方式发送信息的增量值编码器是无法实现的。此为绝对值编码器的高速总线式特征。

第四、绝对值编码器高位数的分辨率特征，由于无需内部与外部的计数而直接输出数字信号，所以不再受读取“脉冲”及“累加”而在高速中响应速度跟不上的困惑，先进的数字与模拟技术的混合，绝对值编码器已经能够做到高位数分辨率，例如德国绝对值编码器的单圈的25 位（360 度内2 的25 次方分割），这种高分辨率可满足于伺服电机与机器人高速精确定位及最小步距抖动。例如在加速度、加加速度等高位次位置导数的精确计算（运动刚性），机器人手臂前端的最小晃动准确定位等。
综合上述的对于绝对值编码器“绝对”的定义，在具有高速、安全性等特征的应用场合要求下，一定不能使用那种有混淆意义的“绝对编码器”或“假绝对值多圈编码器”，而必须用真正意义上的绝对值编码器或绝对值真多圈编码器，及任何不依赖于计数的（无论内部还是外部，有电池无电池的），所有的位置独立、唯一、绝对，以确保数据的绝对可靠与高速准确性。

编码器一般外接6根线，分别是V+、GND、Data+、Data-、Clock+、Clock-
如果买到绝对式编码器，可以通过外接电池持续供电的方式去解决掉电情况下不能计数的问题
即使是绝对值编码器，在外接减速器的情况下，依然会出现丢圈现象，这是由于绝对值编码器有效范围只有一圈，经过减速之后，编码器要记的值会超过一圈，此时同样可以采用外接电池的方式来解决（减速器输出轴一圈，电机输出轴转多圈）

光电编码器的选购须知要素
第一、选择专业正规的厂家有助于大家购买到优质高效的产品，现在市面上涌现了不少小作坊，推出了一些三无产品，不仅在精度、参数上不符合标准，更加不能确保产品的品质问题，在后期使用过程内频频出现故障问题，导致使用者需要付出大额维修费用，并且耽误生产效率。
　　第二、类型和型号的选择，现在光电编码器的种类分为了增量式、混合式以及绝对是三个不同的类别，每个类别都有着自己的优势，并且这类编码器还有着各式各样的型号，每个型号的装置在性能参数上也存在一定的区别。建议大家结合自己的实际需求、辅助使用的电器设备等来进行选择。
　　第三、运行使用环境的考虑，因为光电编码器主要是帮助我们进行相关角度测量以及位移测量等，它虽然具备了很强的抗干扰性能，但是在运行环境当中，仍旧存在不少因素对它可以造成影响，这个时候大家就要尽可能的在选型过程内，避免这些问题的发生，比如电流、电压是不是相符、接口开关是不是相符等。
　　第四、价格的选择，现在市场当中推出的品牌光电编码器和三无产品价格存在一定的差异，但是大家在购买这类高精密装置的时候，不能一味强调低廉的价格，也不是最贵的就是最好的。性价比的挑选是非常重要的，首先要确保编码器的性能符合自己的要求，其次再考虑价格的高低问题。
　　除了以上几点外，该企业的产品质量管理体系、售后服务体系、销售体系等都是大家在选型过程当中应该把握好的几点，只有一个完整的销售体系，才能提供给大家更多选购指导，然而可靠的质量管理体系可以带给大家更多优质的产品，售后服务体系的保障，又可以帮助各位消费者解决很多后顾之忧。

开环/半闭环/闭环
开环：没有检查 机制，走多少送出指令，没有任何对应回馈。
半闭环：有检测机制，但不是作用于最终实物，目前市面10多万的都是这种，他能检测电机的实际运动量但检测不了，机床实际机械运动体，的运动量。也就是说有一部分不在检测范围内。（所以有皮带断了，伺服电机能单独运行，这种情况。如果全闭环皮带断了，电机动，机械体不动，会出现位置超差报警。）
全闭环：就是检测实际运动机构是实际走量。我发出指令，到一个点，这个点实际运动多少，得到检测，高级的还能误差补偿。所有因素都在检测范围内。