2024年4月15日发(作者：逄念寒)
一、旋转编码器的原理和特点：
旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋
转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信
号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，
功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。
1、增量编码器：
由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,
获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波
为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个
Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相
在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
2、绝对型编码器：
绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线……
编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次
方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编
码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置
决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需
要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大
大提高了。
从上面的描述可以看出：两者各有优缺点，增量型编码器比较通用，大多场合都用这
种。从价格看，一般来说绝对型编码器要贵得多，而且绝对型编码器有量程范围，所以一
般在特殊需要的机床上应用较多而已。
二、输出信号
1、信号序列
一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列相位差为90度）外，每
转一圈还输出一个零位脉冲Z。。
当主轴以顺时针方向旋转时，按下图输出脉冲，A通道信号位于B通道之前；当主轴
逆时针旋转时，A通道信号则位于B通道之后。从而由此判断主轴是正转还是反转。
2、零位信号
编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲或标识脉冲，零位脉冲用于决定零位
置或标识位置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通道的高位
组合输出。由于通道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。
3、预警信号
有的编码器还有报警信号输出，可以对电源故障，发光二极管故障进行报警，以便用
户及时更换编码器。
三、输出电路
1、NPN电压输出和NPN集电极开路输出线路
此线路仅有一个NPN型晶体管和一个上拉电阻组成，因此当晶体管处于静态时，输
出电压是电源电压，它在电路上类似于TTL逻辑，因而可以与之兼容。在有输出时，晶体
管饱和，输出转为0VDC的低电平，反之由零跳向正电压。
随着电缆长度、传递的脉冲频率、及负载的增加，这种线路形式所受的影响随之增加。
因此要达到理想的使用效果，应该对这些影响加以考虑。集电极开路的线路取消了上拉电
阻。这种方式晶体管的集电极与编码器电源的反馈线是互不相干的，因而可以获得与编码
器电压不同的电流输出信号。
2、PNP和PNP集电极开路线路
该线路与NPN线路是相同，主要的差别是晶体管，它是PNP型，其发射极强制接到
正电压，如果有电阻的话，电阻是下拉型的，连接到输出与零伏之间。
3、推挽式线路
这种线路用于提高线路的性能，使之高于前述各种线路。事实上，NPN电压输出线路
的主要局限性是因为它们使用了电阻，在晶体管关闭时表现出比晶体管高得多的阻抗，为
克服些这缺点，在推挽式线路中额外接入了另一个晶体管，这样无论是正方向还是零方向
变换，输出都是低阻抗。推挽式线路提高了频率与特性，有利于更长的线路数据传输，即
使是高速率时也是如此。信号饱和的电平仍然保持较低，但与上述的逻辑相比，有时较高。
任何情况下推挽式线路也都可应用于NPN或PNP线路的接收器。
4、长线驱动器线路
当运行环境需要随电气干扰或编码器与接收系统之间存在很长
的距离时，可采用长线驱动器线路。数据的发送和接收在两个互补
的通道中进行，所以干扰受到抑制（干扰是由电缆或相邻设备引起的）。这种干扰可看
成"共模干扰"。此外，总线驱动器的发送和接收都是以差动方式进行的，或者说互补的发
送通道上是电压的差。因此对共模干扰它不是第三者，这种传送方式在采用DC5V系统时
可认为与RS422兼容；在特殊芯片时，电源可达DC24V，可以在恶劣的条件（电缆长，
干扰强烈等）下使用。
5、差动线路
差动线路用在具有正弦长线驱动器的模拟编码器中，这时，要求信号的传送不受干扰。
像长线驱动器线路那样，对于数字信号产生两个相位相差180度的信号。这种线路特意设
置了120欧姆的特有线路阻抗，它与接收器的输入电阻相平衡，而接收器必须有相等的负
载阻抗。通常，在互补信号之间并联连,120欧姆的终端电阻就达到了这种目的。
四、常用术语
■输出脉冲数/转
旋转编码器转一圈所输出的脉冲数发，对于光学式旋转编码器，通常与旋转编码器内
部的光栅的槽数相同（也可在电路上使输出脉冲数增加到槽数的2倍4倍）。
■分辨率
分辨率表示旋转编码器的主轴旋转一周，读出位置数据的最大等分数。绝对值型不以
脉冲形式输出，而以代码形式表示当前主轴位置（角度）。与增量型不同，相当于增量型的
"输出脉冲/转" 。
■光栅
光学式旋转编码器，其光栅有金属和玻璃两种。如是金属制的，开有通光孔槽；如是
玻璃制的，是在玻璃表面涂了一层遮光膜，在此上面没有透明线条（槽）。槽数少的场合，
可在金属圆盘上用冲床加工或腐蚀法开槽。在耐冲击型编码器上使用了金属的光栅，它与
金属制的光栅相比不耐冲击，因此在使用上请注意，不要将冲击直接施加于编码器上。
■最大响应频率
是在1秒内能响应的最大脉冲数
（例：最大响应频率为2KHz，即1秒内可响应2000个脉冲）
公式如下
最大响应转速（rpm）/60X（脉冲数/转）=输出频率Hz
■最大响应转速
是可响应的最高转速，在此转速下发生的脉冲可响应公式如下：
最大响应频率（Hz）/ （脉冲数/转）X60=轴的转速rpm
■输出波形
输出脉冲（信号）的波形。
■输出信号相位差
二相输出时，二个输出脉冲波形的相对的的时间差。
■输出电压
指输出脉冲的电压。输出电压会因输出电流的变化而有所变化。各系列的输出电压请
参照输出电流特性图
■起动转矩
使处于静止状态的编码器轴旋转必要的力矩。一般情况下运转中的力矩要比起动力矩
小。
■轴允许负荷
表示可加在轴上的最大负荷，有径向和轴向负荷两种。径向负荷对于轴来说，是垂直
方向的，受力与偏心偏角等有关；轴向负荷对轴来说，是水平方向的，受力与推拉轴的力
有关。这两个力的大小影响轴的机械寿命
■轴惯性力矩
该值表示旋转轴的惯量和对转速变化的阻力
■转速
该速度指示编码器的机械载荷限制。如果超出该限制，将对轴承使用寿命产生负面影
响，另外信号也可能中断。
■格雷码
格雷码是高级数据，因为是单元距离和循环码，所以很安全。每步只有一位变化。数
据处理时，格雷码须转化成二进制码。
■工作电流
指通道允许的负载电流。
■工作温度
参数表中提到的数据和公差，在此温度范围内是保证的。如果稍高或稍低，编码器不
会损坏。当恢复工作温度又能达到技术规范
■工作电压
编码器的供电电压。
两者各有优缺点，增量型编码器比较通用，大多场合都用这种。从价格看，一般来说
绝对型编码器要贵得多，而且绝对型编码器有量程范围，所以一般在特殊需要的机床上应
用较多而已
2024年4月15日发(作者：逄念寒)
一、旋转编码器的原理和特点：
旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋
转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信
号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，
功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。
1、增量编码器：
由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,
获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波
为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个
Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相
在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
2、绝对型编码器：
绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线……
编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次
方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编
码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置
决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需
要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大
大提高了。
从上面的描述可以看出：两者各有优缺点，增量型编码器比较通用，大多场合都用这
种。从价格看，一般来说绝对型编码器要贵得多，而且绝对型编码器有量程范围，所以一
般在特殊需要的机床上应用较多而已。
二、输出信号
1、信号序列
一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列相位差为90度）外，每
转一圈还输出一个零位脉冲Z。。
当主轴以顺时针方向旋转时，按下图输出脉冲，A通道信号位于B通道之前；当主轴
逆时针旋转时，A通道信号则位于B通道之后。从而由此判断主轴是正转还是反转。
2、零位信号
编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲或标识脉冲，零位脉冲用于决定零位
置或标识位置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通道的高位
组合输出。由于通道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。
3、预警信号
有的编码器还有报警信号输出，可以对电源故障，发光二极管故障进行报警，以便用
户及时更换编码器。
三、输出电路
1、NPN电压输出和NPN集电极开路输出线路
此线路仅有一个NPN型晶体管和一个上拉电阻组成，因此当晶体管处于静态时，输
出电压是电源电压，它在电路上类似于TTL逻辑，因而可以与之兼容。在有输出时，晶体
管饱和，输出转为0VDC的低电平，反之由零跳向正电压。
随着电缆长度、传递的脉冲频率、及负载的增加，这种线路形式所受的影响随之增加。
因此要达到理想的使用效果，应该对这些影响加以考虑。集电极开路的线路取消了上拉电
阻。这种方式晶体管的集电极与编码器电源的反馈线是互不相干的，因而可以获得与编码
器电压不同的电流输出信号。
2、PNP和PNP集电极开路线路
该线路与NPN线路是相同，主要的差别是晶体管，它是PNP型，其发射极强制接到
正电压，如果有电阻的话，电阻是下拉型的，连接到输出与零伏之间。
3、推挽式线路
这种线路用于提高线路的性能，使之高于前述各种线路。事实上，NPN电压输出线路
的主要局限性是因为它们使用了电阻，在晶体管关闭时表现出比晶体管高得多的阻抗，为
克服些这缺点，在推挽式线路中额外接入了另一个晶体管，这样无论是正方向还是零方向
变换，输出都是低阻抗。推挽式线路提高了频率与特性，有利于更长的线路数据传输，即
使是高速率时也是如此。信号饱和的电平仍然保持较低，但与上述的逻辑相比，有时较高。
任何情况下推挽式线路也都可应用于NPN或PNP线路的接收器。
4、长线驱动器线路
当运行环境需要随电气干扰或编码器与接收系统之间存在很长
的距离时，可采用长线驱动器线路。数据的发送和接收在两个互补
的通道中进行，所以干扰受到抑制（干扰是由电缆或相邻设备引起的）。这种干扰可看
成"共模干扰"。此外，总线驱动器的发送和接收都是以差动方式进行的，或者说互补的发
送通道上是电压的差。因此对共模干扰它不是第三者，这种传送方式在采用DC5V系统时
可认为与RS422兼容；在特殊芯片时，电源可达DC24V，可以在恶劣的条件（电缆长，
干扰强烈等）下使用。
5、差动线路
差动线路用在具有正弦长线驱动器的模拟编码器中，这时，要求信号的传送不受干扰。
像长线驱动器线路那样，对于数字信号产生两个相位相差180度的信号。这种线路特意设
置了120欧姆的特有线路阻抗，它与接收器的输入电阻相平衡，而接收器必须有相等的负
载阻抗。通常，在互补信号之间并联连,120欧姆的终端电阻就达到了这种目的。
四、常用术语
■输出脉冲数/转
旋转编码器转一圈所输出的脉冲数发，对于光学式旋转编码器，通常与旋转编码器内
部的光栅的槽数相同（也可在电路上使输出脉冲数增加到槽数的2倍4倍）。
■分辨率
分辨率表示旋转编码器的主轴旋转一周，读出位置数据的最大等分数。绝对值型不以
脉冲形式输出，而以代码形式表示当前主轴位置（角度）。与增量型不同，相当于增量型的
"输出脉冲/转" 。
■光栅
光学式旋转编码器，其光栅有金属和玻璃两种。如是金属制的，开有通光孔槽；如是
玻璃制的，是在玻璃表面涂了一层遮光膜，在此上面没有透明线条（槽）。槽数少的场合，
可在金属圆盘上用冲床加工或腐蚀法开槽。在耐冲击型编码器上使用了金属的光栅，它与
金属制的光栅相比不耐冲击，因此在使用上请注意，不要将冲击直接施加于编码器上。
■最大响应频率
是在1秒内能响应的最大脉冲数
（例：最大响应频率为2KHz，即1秒内可响应2000个脉冲）
公式如下
最大响应转速（rpm）/60X（脉冲数/转）=输出频率Hz
■最大响应转速
是可响应的最高转速，在此转速下发生的脉冲可响应公式如下：
最大响应频率（Hz）/ （脉冲数/转）X60=轴的转速rpm
■输出波形
输出脉冲（信号）的波形。
■输出信号相位差
二相输出时，二个输出脉冲波形的相对的的时间差。
■输出电压
指输出脉冲的电压。输出电压会因输出电流的变化而有所变化。各系列的输出电压请
参照输出电流特性图
■起动转矩
使处于静止状态的编码器轴旋转必要的力矩。一般情况下运转中的力矩要比起动力矩
小。
■轴允许负荷
表示可加在轴上的最大负荷，有径向和轴向负荷两种。径向负荷对于轴来说，是垂直
方向的，受力与偏心偏角等有关；轴向负荷对轴来说，是水平方向的，受力与推拉轴的力
有关。这两个力的大小影响轴的机械寿命
■轴惯性力矩
该值表示旋转轴的惯量和对转速变化的阻力
■转速
该速度指示编码器的机械载荷限制。如果超出该限制，将对轴承使用寿命产生负面影
响，另外信号也可能中断。
■格雷码
格雷码是高级数据，因为是单元距离和循环码，所以很安全。每步只有一位变化。数
据处理时，格雷码须转化成二进制码。
■工作电流
指通道允许的负载电流。
■工作温度
参数表中提到的数据和公差，在此温度范围内是保证的。如果稍高或稍低，编码器不
会损坏。当恢复工作温度又能达到技术规范
■工作电压
编码器的供电电压。
两者各有优缺点，增量型编码器比较通用，大多场合都用这种。从价格看，一般来说
绝对型编码器要贵得多，而且绝对型编码器有量程范围，所以一般在特殊需要的机床上应
用较多而已