目录
1 概述 (6)
2 JM编码器的介绍 (7)
2.1 JM编码器主要流程 (7)
2.2 JM编码在VC中编译过程 (9)
3 JM的编解码过程 (11)
3.1 JM的编解码过程 (11)
3.1.1 JM编码过程 (11)
3.1.2 JM解码过程 (12)
3.2 JM的输出文件格式 (13)
3.2.1 基于比特流文件格式 (13)
3.2.2 R TP文件格式 (15)
3.3 JM的视频质量评估 (16)
3.4 JM的文件接口............................................................................................................................错误！未定义书签。
4 问题解答 (18)
4.1 JM能在linux下运行么？ (18)
4.2 JM编码器对数据丢失的处理？ (18)
4.3 在下载的flv中为什么会只有15fps？ (18)
4.4 怎么设置JM输出为固定码速率？ (19)
5 参考资料 (20)
图目录
图2-1 JM编码器主函数部分 (8)
图2-2 JM的Encode_one _frame函数部分 (9)
图2-3 Project Setting (10)
图3-1 JM编码参数 (11)
图3-2 JM编码结果1 (12)
图3-3 JM编码结果2 (12)
图3-4解码结果 (13)
图3-5 NA L内部防竞争机制 (14)
图3-6 JM编码后数据-1 (14)
图3-7基于比特流的文件格式 (14)
图3-8 R TP的格式 (15)
图3-9 R TP负载头部 (15)
图3-10 PSNR求解结果 (17)
图3-11接口文件.............................................................................................................................错误！未定义书签。
表目录表3-1 R TP的type值 (15)
JM编码器
关键词：JM编码器、JM安装、视频评估
摘要：本报告主要对JM编码器做了比较详细的介绍，包括其主要作用、安装和使用过程、编解码过程及其文件输出格式，并对其自带的视频的质量评估作一个简单的介绍，并对整个编解码的过程给出了实例分析。
缩略语清单：
缩略语英文全名中文解释
CBR Constant bit rate 固定比特速率
FLV Flash video Flash视频
NAL Network abstract layer 网络抽象层
NALU Network abstract layer unit 网络抽象层单元
PSNR Peak signal to noise ratio 峰值信噪比
RTP Real-time Transport protocol 实时传输协议
1 概述
JM编码程序是H.264的官方测试源码，由德国hhi研究所负责开发[1]。起始时间是2002年2月。JM 实现了H.264所有的特性，几乎所有的学术研究的算法都是在JM基础上实现并和JM进行比较。但其程序结构冗长，只考虑引入各种新特性以提高编码性能，忽视了编码复杂度，其编码复杂度极高，不宜实用。本报告从JM编码器的安装和使用过程、JM的编码流程、JM的文件输出、JM中自带的视频评估策略等方面对JM编解码器进行了详细的介绍，并给出了实例分析。
本报告的章节结构如下：
第2章JM编码器的介绍介绍JM编码程序主要流程和在VC下编译过程。
第3章JM的编解码过程结合实例对JM程序的编解码过程、文件输出格式、视频评估机制的介绍。
第4章参考资料列出报告中引用的参考资料。
2 JM编码器的介绍
JM编码器是H.264官方发布的测试源码，其实现了H.264建议的所有的特性，所以学术研究的算法都是在JM的基础上进行实现并和JM源进行比较，得出算法的优缺点。但是JM程序在编写的时候就没有考虑效率，只是考虑引入各种新特性以提高编码的性能而忽视了整个程序的复杂度，让JM的编码复杂度极高、运行速度相当慢。所以JM编码器只适用于学术研究，没有实用效果。
2.1 JM编码器主要流程
整个JM编码源就是一个总工程tml.project，其下面又包含两个子工程lencod.project和ldecod.project。打开总工程tml.pjt中可以看到两个子工程，分别编译生成lencod.exe和ldecod.exe两个可执行文件。当然lencod.project和ldecod.project这两个子工程也是完全独立，各自包含各自的C文件、主函数文件、H头文件、配置文件，是可以独立进行编译的。
JM编码器采用的是标准的C代码格式，可以在windows、linux、android等环境中进行编译，而且JM 编码器的基本参数的选择采用配置文件格式进行提供，对编译好的JM程序进行参数修改时，只需要在配置文件中进行修改即可，不需要重新编译。JM提供了baseline、main、extended三种不同级别的配置文件，里面的基本参数的参考值也已经提供。详细的配置文件见附录A。
下面是JM编码器的主要的流程图：见图2-1、图2-2。
图 2-1JM编码器主函数部分
注:
1.这里主函数部分省略了一些函数的调用和条件判断、释放空间，判断帧类型影响不大的部分。
2.率失真后的申请两帧图像的空间：一个是编码帧，一个是参考帧。
3.在快速运动估计后面的阈值是为了在运动估计时给出一个判断条件，小于阈值则进行快速运动
估计，大于则放弃。
Encode_one _frame () ：//包括打开编码文件、申请缓存，
读取一帧数据等
宏块级别编码：
选择下一个宏块
图 2-2JM的Encode_one _frame函数部分
注：
1.因为JM可能采用率失真优化，所以在每一帧编码时，都要对量化参数进行更新。
2.H.264支持NALU打包和RTP打包格式的。
3.在宏块级别编码的流程基本和x264程序一致。
2.2 JM编码在VC中编译过程
1.首先下载并解压JM源代码
2.在源代码的根目录下找到bin文件夹，新建一个backup文件夹，并将bin文件中的所有文件复制到
backup文件夹中做好备份。
3.在源代码根目录下新建lencodtest文件夹，将编码过程中需要的配置文件（encoder.cfg）、待编码的
视频序列（如foreman_qcif.yuv）等复制该文件夹中。
4.在源代码根目录下新建ldecodtest文件夹，将解码过程中需要的配置文件（decoder.cfg）、待解码的
文件（例如test.264）复制到该文件夹中。
5.打开源代码根目录下的tml.dsw。
6.分别选择lencod和ldecod工程，鼠标左键选中lencod (ldecod)工程打开Project -> Settings -> Debug ，
在Working directory 选项中填写./encodtest (./ldecodtest)，在Program arguments 选项中填写需要使用的编码配置文件（要与第3步所复制的文件同名），例如：-d encoder.cfg (-d decoder.cfg)，然后确定修改。见图2-3。
7.鼠标右键选中lencod (ldecod)工程，选择鼠标右键菜单Set as Active Project。编译运行即可。
图 2-3Project Setting
3 JM的编解码过程
3.1 JM的编解码过程
3.1.1 JM编码过程
在JM编码器编译通过的基础上，首先打开tml.dsw，根据编码要求修改其中的encod.cfg文件，保存后退出。然后在cmd中找到JM的根目录中的bin文件夹，然后直接输入“lencod.exe”运行即可。下面进行实例介绍:
编码参数为：编码级别为baseline，编码图像序列为football_cif_30.yuv，编码帧数为150帧，I帧周期为25，编码帧率为25fps，量化参数为28，图像输出文件为test.264，输出采用为NALU格式打包，输出重建图像文件为test_rec.yuv。见图3-1所示。
图 3-1JM编码参数
编码结果如图3-2和图3-3：
图 3-2JM编码结果1
图 3-3JM编码结果2
3.1.2 JM解码过程
在JM程序编译通过后，先将要译码的文件放入ldecodtest文件夹下，打开tml.dsw，根据自己的参数(主要是译码文件的位置等)要求修改decoder.cfg文件，完成后保存退出。然后再cmd中查找到JM根目录下
的bin文件夹，输入“ldecod.exe decoder.cfg”即可。
下面是对上面编码生成的test.264文件进行解码，解码结果见图3-4:
图 3-4解码结果
3.2 JM的输出文件格式
H.264的NAL单元定义了基于包(即RTP)和基于比特流(即.264文件)的基本格式，区别这两种格式的方法在于每个比特流传输层都有一个起始代码。RTP格式文件主要用于传输，而.264文件格式主要用于存储[3]。
3.2.1 基于比特流文件格式
H.264规定的基于比特流的文件主要用于数据存储，编码数据是储存在介质（如DVD光盘）上，由于NAL是依次紧密排列，解码器将无法在数据流中分辨每个NAL的起始和终止。H.264采用了一种简单而有效的方案来解决这么问题。当数据流是存储在介质上时，在每个NAL前添加起始码：
0x000001
同时H.264也定义了一个字节0x00为zero_type,在一般的情况下[2]，NAL单元起始码为0x000001，只有在下面几种情况下，会在NAL起始码前加入zero_type，那样NAL起始码头部变为0x00000001。
1. NAL单元的类型是PPS或是SPS时。
2. NAL单元的类型是14-18。.
3. 每一帧图像的第一个NAL单元即一个接入单元。
4. NAL单元类型为SEI时。
在这样的机制下，解码器在码流中检测起始码，作为一个NAL 的起始标识，当检测到下一个起始码时则标志当前NAL结束。H.264规定当检测到0x000000 时也可以表征当前NAL的结束，这是因为连着的三个字节的0中的任何一个字节的0要么属于起始码要么是起始码前面添加的0。
如果NAL内部出现了0x000001时，则会发生混淆，H.264提出了“防竞争”。在NAL内部出现0x000001时，则在最后一个字节前插入一个新的字节：0x03，从而变成图2-2所示。当NAL解码器遇到0x000003时，解码器丢弃0x03。
0x0000000x00000300
0x0000010x00000301
0x0000020x00000302
0x0000030x00000303
图 3-5NAL内部防竞争机制
注:0x000000是NAL的结束，0x000001是NAL起始码，0x000002是H.264保留，0x000003是为了保证解码器正常。
图 3-6JM编码后数据-1
上图是本报告3.1节中JM编码后的数据，三个被标记的0x00000001是NALU的起始码，67、68、65分别是NALU的头部信息，代表着第一个NALU是SPS信息，第二个NALU是PPS信息，第三个是IDR 帧。从图3-6可以验证出基于比特流的文件格式为：
图 3-7基于比特流的文件格式
3.2.2 RTP文件格式
RTP格式是H.264提供的适于网络传输的输出格式，RTP的文件格式如图3-8所示，其中RTP的头部信息在RFC 3550中有详细的描述[4]，包含1bit的标志位、7bits的负载类型、16bits的序列号和32bits的时间戳。对于RTP的负载，H.264规定了3种不同的负载结构，接收端可能通过RTP Payload的第一个字节即RTP负载头部来识别它们，而这个字节类似NALU头的格式，可以指出其代表的是哪种结构。这个字节的结构如图3-9所示：
图 3-8RTP的格式
图 3-9RTP负载头部
其中F为禁止位，NRI为重要等级位，TYPE的值为24-31，区别H.264中类型字段。
RTP的type值的含义见表3-1所示：
表 3-1RTP的type值
H.264规定的3中结构为单一的NAL单元模式、组合封包模式、分片封包模式。
1.单一的NAL单元模式：
即一个RTP包仅由一个完整的NALU组成，这种情况下RTP的负载头字段和H.264的NALU类型字段是一样的。对于NALU的长度小于MTU大小的包，一般采用单一NAL单元模式。分装时，只需要将原始的H.264 NALU单元的起始码去掉，然后将剩余的数据封装成RTP包即可。
2.组合封包模式：
即可能是由多个NAL 单元组成一个RTP 包，分别有四种组合方式STAP-A 、STAP-B 、MTAP16和MTAP24，其类型值分别为24、25、26和27。STAP-A 和STAP-B 只含有一个NALU 时间戳，多个NAL 单元共享一个NALU 时刻。MTAP16、MTAP24均含16bits 的无符号解码顺序号、一个或多个多时刻聚合单元和16bits 或24bits 的时间戳位移。
3. 分片封包模式：
用于将一个NALU 单元分装成多个RTP 包，存在两种类型FU-A 和FU-B ，其类型值分别为28和29。当NALU 的长度超过MTU 时，就会对NALU 进行分片封包，每一个分片由整数个连续的NAL 单元字节组成。相同的NAL 单元分片必须使用递增的RTP 序号连续顺序发送，同样NAL 单元必须按照RTP 顺序号的顺序装配。
3.3 JM 的视频质量评估
JM 编码器中自带的视频质量评估机制包括PSNR （包括Y 、U 、V 和总体的PSNR ）、bit rate 等。图像的PSNR 是指原图像和处理图像之间均方误差相对于2255的对数值。其计算公式如式（3-1）:
21010log (255/)PSN R M SE (3-1)
在JM 中对于在求解PSNR 时，先设定一个参考文件（一般是解码前或传送前的那个文件），然后与解码后的文件进行比较才能得到相应的PSNR 。在一般情况下，PSNR 按照式（3-1）进行计算，但下面两种情况PSNR 的值将会设定为0。1）你没有指定有效的参考文件；2）解码的文件与参考文件完全相同。若在丢包后计算PSNR ，就必须先进行错误隐藏才能计算。Bit rate 也是评估视频质量的重要方面，在图像质量相同的前提下，实现bit rate 越低也是实现视频压缩率高低一个重要体现。
从图3-4可以看出，其PSNR 值为0，是用编码后的数据直接解码，没有任何的丢失和错误，解码文件和参考文件完全相同。
图 3-10PSNR求解结果
见图3-10所示，图中PSNR为解码后的图像和重建图像之间的求解值。
4 问题解答
4.1 JM能在linux下运行么？
JM是标准的C文件，是可以在在linux系统里面，直接用GCC等译码器直接进行编译运行的，同时JM工程里自带makefile文件，所以只需要调用makefile进行编译就好了。
4.2 JM编码器对数据丢失的处理？
1.JM编码器对于数据的丢失不支持比特级错误的处理，只支持对于包丢失的处理，在JM接收到数据
包的丢失的时候，因为包的序号不连续，解码器一旦检测到包序号不连续就会将不连续的地方的所有宏块的标记ei_flag = 1，然后进行错误隐藏。
2.g aps_in_frame_num_value_allowed_flag这个句法元素等于1时，表示允许句法元素frame_num可以
不连续。当传输信道堵塞严重时，编码器来不及将编码后的图像全部发出，这时允许丢弃若干帧图像。在正常情况下每一帧图像都有依次连续的frame_num值，解码器检查到如果frame_num不连续，便能确定有图像被编码器丢弃。这时，解码器必须启动错误掩藏的机制来近似地恢复这些图像，因为这些图像有可能被后续图像用作参考帧。当这个句法元素等于0时，表不允许frame_num不连续，即编码器在任何情况下都不能丢弃图像。这时，H.264允许解码器可以不去检查frame_num的连续性以减少计算量。这种情况下如果依然发生frame_num不连续，表示在传输中发生丢包，解码器会通过其他机制检测到丢包的发生，然后启动错误掩藏的恢复图像。
3.JM对于错误隐藏功能是默认打开的。
4.3 在下载的flv中为什么会只有15fps？
帧速率：帧速率是每秒显示的图像数。标准影片(NTSC) 是29.97帧第秒(fps)，电影是每秒24fps。欧洲标准是(PAL)25帧fps。如果你对你影片的尺寸不是太注重的话，保留默认的Current选项。这将会使你
制作的影片的帧速率和源文件一致。不管怎样，如果你想降低带宽和CPU的占用，你可以选择一个低的帧速率。高的帧速率拥有高的品质的，但文件尺寸也更大。如果你选择的帧速率低于你的源文件的帧速率，一些帧将被删除。如果你选择的帧速率比你的源文件高的话，已有的帧将被重复(不推荐，因为增加了尺寸，但品质没有提高)。如果你选择的帧速率低于你的源文件的帧速率，使用一个你当前帧速率的简分数，比如1/2、1/3等等。例如，你当前的帧速率是30(29.97)，使用15或10。但话说回来了，要最好的H.264品质，最好保留Current设置。
4.4 怎么设置JM输出为固定码速率？
在H.264中提供3种不同的码率控制方法，固定量化参数（CQP模式）、可变比特率（ABR）、固定图像质量（CRF）。QP模式适用固定的量化参数，这意味着最终的文件大小是不可知的。固定目标比特率意味着最终文件的大小是可知的，但是目标的质量是不可知的。crf则是固定“质量”。crf可以提供跟QP一样的视觉的质量，但是文件更小。
H.264中的CBR也是没有真正实现的，不然streaming中也不会采用MPEG-2 的.ts文件格式进行传输了，因为mpeg-2就实现了CBR。H.264中的CBR只是控制码率保持在一个值范围内浮动。一般的视频码率都是VBR，streaming的时候采用一个buffer来实现CBR的传输，buffer越大输出的steaming就自然越平滑。
5 参考资料
[1]http://iphome.hhi.de/suehring/tml/
[2]H.264 drafter, Advanced video coding for generic audiovisual services, ISO/ITU-T, Mar, 2005.
[3]毕厚杰, 新一代视频压缩标准-H.264, 2004.
[4]H. Schulzrinne, S. Casner, R. Frederick, and V. Jacobson, “RFC3550: RTP-A Transport Protocol for
Real-Time Applications.” , July 2003.
增量型编码器与绝对型编码器的区分 编码器如以信号原理来分，有增量型编码器,绝对型编码器。 增量型编码器 (旋转型) 工作原理: 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。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。 信号输出: 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。 A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。 A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。 A、A-， B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。 对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。 对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。
编码器输出信号类型 一般情况下，从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低，波形也不规则，不能直接用于控制、信号处理和远距离传输，所以在编码器内还需要对信号进行放大、整形等处理。经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波，因为矩形波输出信号容易进行数字处理，所以在控制系统中使用比较广泛。 增量式光电编码器的信号输出有集电极开路输出、电压输出、线驱动输出和推挽式输出等多种信号形式。 1集电极开路输出 集电极开路输出是以输出电路的晶体管发射极作为公共端，并且集电极悬空的输出电路。根据使用的晶体管类型不同，可以分为NPN集电极开路输出（也称作漏型输出，当逻辑1时输出电压为0V，如图2-1所示）和PNP集电极开路输出（也称作源型输出，当逻辑1时，输出电压为电源电压，如图2-2所示）两种形式。在编码器供电电压和信号接受装置的电压不一致的情况下可以使用这种类型的输出电路。 图2-1 NPN集电极开路输出 图2-2 PNP集电极开路输出 对于PNP型的集电极开路输出的编码器信号，可以接入到漏型输入的模块中，具体的接线原理如图2-3所示。 注意：PNP型的集电极开路输出的编码器信号不能直接接入源型输入的模块中。
图2-3 PNP型输出的接线原理 对于NPN型的集电极开路输出的编码器信号，可以接入到源型输入的模块中，具体的接线原理如图2-4所示。 注意：NPN型的集电极开路输出的编码器信号不能直接接入漏型输入的模块中。 图2-4 NPN型输出的接线原理 2.2电压输出型 电压输出是在集电极开路输出电路的基础上，在电源和集电极之间接了一个上拉电阻，这样就使得集电极和电源之间能有了一个稳定的电压状态，如图2-5。一般在编码器供电电压和信号接受装置的电压一致的情况下使用这种类型的输出电路。
光电编码器的工作原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90。的两路脉冲信号。 编码器的分类 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式，根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 1.1 增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90。，从而可方便的判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 1.2 绝对式编码器绝对式编码器是直接输出数字的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码盘，每条道上有透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区树木是双倍关系，码盘上的码道数是它的二进制数码的位数，在吗盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件，当吗盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读书一个固定的与位置相对应的数字码。显然，吗道必须N条吗道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。 1.3 混合式绝对编码器混合式绝对编码器，它输出两组信息，一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 光电编码器的应用 1、角度测量 汽车驾驶模拟器，对方向盘旋转角度的测量选用光电编码器作为传感器。重力测量仪，采用光电编码器，把他的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连，扭转角度仪，利用编码器测量扭转角度变化，如扭转实验机、渔竿扭转钓性测试等。摆锤冲击实验机，利用编码器计算冲击是摆角变化。 2、长度测量 计米器，利用滚轮周长来测量物体的长度和距离。 拉线位移传感器，利用收卷轮周长计量物体长度距离。 联轴直测，与驱动直线位移的动力装置的主轴联轴，通过输出脉冲数计量。 介质检测，在直齿条、转动链条的链轮、同步带轮等来传递直线位移信息。 3、速度测量 线速度，通过跟仪表连接，测量生产线的线速度 角速度，通过编码器测量电机、转轴等的速度测量 4、位置测量 机床方面，记忆机床各个坐标点的坐标位置，如钻床等 自动化控制方面，控制在牧歌位置进行指定动作。如电梯、提升机等 5、同步控制 通过角速度或线速度，对传动环节进行同步控制，以达到张力控制 光电旋转编码器在工业控制中的应用 -------------------------------------------------------------------------------- 1．概述 在工业控制领域，编码器以其高精度、高分辨率和高可靠性而被广泛用于各种位移测量。 目前，应用最广泛的是利用光电转换原理构成的非接触式光电编码器。光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字检测装置。作为一次光电传感检测元件的光电编码器，具有精度高、响应快、抗干
增量式编码器的A.B.Z 编码器A、B、Z相及其关系
TTL编码器A相，B相信号，Z相信号,U相信号，V相信号，W相信号，分别有什么关系？ 对于这个问题的回答我们从以下几个方面说明： 编码器只有A相、B相、Z相信号的概念。 所谓U相、V相、W相是指的电机的主电源的三相交流供电，与编码器没有任何关系。“A相、B相、Z相”与“U相、V相、W相”是完全没有什么关系的两种概念，前者是编码器的通道输出信号；后者是交流电机的三 相主回路供电。 而编码器的A相、B相、Z相信号中，A、B两个通道的信号一般是正交（即互差90°）脉冲信号；而Z相是零脉冲信号。详细来说，就是——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，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。 另外，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（即Z相信号），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。 带U、V、W相的编码器，应该是伺服电机编码器 A、B相是两列脉冲，或正弦波、或方波，两者的相位相差90度，因此既可以测量转速，还可以测量电机的旋转方向Z相是参考脉冲，每转一圈输出一个脉冲，脉冲宽度往往只占1/4周期，其作用是编码器自我校正用的，使得编码器在断电或丢失脉冲的 时候也能正常使用。 ABZ是编码器的位置信号，UVW是电机的磁极信号，一般用于同步电机； AB对于TTL/HTL编码器来说，AB相根据编码器的细分度不同，每圈有很多个，但Z相每圈只有一个； UVW磁极信号之间相位差是120度，随着编码器的角度转动而转动，与ABZ 之间可以说没有直接关系。 /#############################################################
1. 编码器的特点及用途 编码器是通过把机械角度物理量的变化转变成电信号的一种装置；在传感器的分类中，他归属于角位移传感器。 根据编码器的这一特性，编码器主要用于测量转动物体的角位移量，角速度，角加速度，通过编码器把这些物理量转变成电信号输出给控制系统或仪表，控制系统或仪表根据这些量来控制驱动装置。 2. 编码器的主要应用场合： 2.1数控机床及机械附件。 2.2 机器人、自动装配机、自动生产线。 2.3 电梯、纺织机械、缝制机械、包装机械（定长）、印刷机械（同步）、木工机械、塑料机械（定数）、橡塑机械。 2.4 制图仪、测角仪、疗养器雷达等。 最常用的有两种：绝对值编码器和增量式编码器。 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 传感器电源电压一般分为：5V和24V。信号类型： 1、A/B/Z型 2、RS422差分 3、SSI（格雷码） 信号有正弦波的，有方波的。 信号有电流型的，有电压型的 另外SSI编码器输出除了格雷码，也有二进制码的。电压的范围也不仅限于5V和24V 3. 基本原理
3.1 构造 编码器主要是由码盘(圆光栅、指示光栅)、机体、发光器件、感光器件等部件组成。 （1）圆光栅是由涂膜在透明材料或刻画在金属材料上的成放射状的明暗相间的条纹组成的。一个相邻条纹间距称为一个栅节,光栅整周栅节数就是编码器的脉冲数(分辨率)。（注:本公司码盘有三种金属、玻璃、菲林(类似塑料) 三种）。 （2）指示光栅是一片固定不动的,但窗口条纹刻线同圆光栅条纹刻线完全相同的光栅片。 （3）机体是装配圆光栅,指示光栅等部件的载体。 （4）发光器件一般是红外发光管。 （5）感光器件是高频光敏元件;一般有硅光电池和光敏三极管。 3.2 工作原理 由圆光栅和指示光栅组成一对扫描系统,在扫描系统的一侧投射一束红外光,在扫描系统的另一侧的感光器件就可以收到扫描光信号;当圆光栅转动时,感光器件接收到的扫描光信号会发生变化,感光器件可以把光信号转变成电信号并输出给控制系统或仪表。 一般编码器的输出信号为两列成90度相位差的Sin信号和Cos信号(这是由指示光栅的窗口条纹刻线保证的);这些信号的周期等于圆光栅转过一个栅节(P)的移动时间,对Sin信号和Cos信号进行放大及整形就可输出方波脉冲信号。 4. 应用举例 编码器的应用场合十分的广泛，在此列举几个简单事例： (1) 数控机床对加工工件自动检测就是通过编码器来进行检测的：数控机床刀架的对零校准也是通过编码器来实施的。 (2) 编码器在PLC上的应用：一般PLC上都有高速信号输入口，编码器可以作为高速信号输入元件，使PLC更加迅速和精准地实施闭环控制。而在变频器上其一般接变频器的PG卡上。
******************************************************************************* 从编码器使用的计数来分类，有二进制编码、二进制循环编码（葛莱码）、二-十进制吗等编码器。 从结构原理来分类，有接触式、光电式和电磁式等几种。最常用的是光电式二进制循环码编码器。码盘上有许多同心圆，它代表某种计数制的一位，每个同心圆上有透光与不透光的部分，透光部分为1，不透光部分为0，这样组成了不同的图案。每一径向，若干同心圆组成的图案带标了某一绝对计数值。二进制码盘每转一个角度，计数图案的改变按二进制规律变化。葛莱码的计数图案的切换每次只改变一位，误差可以控制在一个单位内。精度受到最低位分段宽度的限制。要求更大计数长度，可采用粗精测量组合码盘。 接触式码盘可以做到9位二进制，它的优点是简单、体积小输出信号强，不需要放大；缺点是电刷摩擦是、寿命低、转速不能太高。 光电式码盘没有接触磨损寿命长，转速高，最外层每片宽度可以做得更小，因而精度高。每个码盘可以做到18位进制。缺点是结构复杂价格高。 电磁码盘是在导磁性好的软铁和坡莫合金原盘上，用腐蚀的办法作成相位码制的凹凸图形，当磁通通过码盘时，由于磁导大小不一样，其感应电势也不同，因而可区分0和1，到达测量的目的。该种码盘是一种无接触式码盘，具有寿命长‘转速高等优点。它是一种发展前途的直接编码式测量元件。 工作原理，接触式码盘，每个码道上有一个电刷与之接触，最里面一层有一导电公用区，与各码道到点部分连在一起，而与绝缘部分分开。导电公用区接到电源负极。当被测对象带动码盘一起转动时，与电刷串联的电阻上将会出现电流流过或没有电流流过两种情况，带标二进制的1或0.若码盘顺时针转动，就可依次得到按规定编码的数字信输出。如果电刷安装不准就会照成误差。葛莱码没转换一个数字编码，只改变一位，故照成的误差不会超过一个单位。 *******************************************************************************
编码器 科技名词定义 中文名称： 编码器 英文名称： coder;encoder 定义： 一种按照给定的代码产生信息表达形式的器件。 应用学科： 通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 编码器 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电
刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是"1”还是"0”，通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。 作用 设计图纸 利用电磁感应原理将两个平面型绕组之间的相对位移转换成电信号的测量元件，用于长度测量工具。感应同步器（俗称编码器、光栅尺）分为直线式和旋转式两类。前者由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量；后者由定子和转子组成，用于角位移测量。1957年美国的R.W.特利普等在美国取得感应同步器的专利，原名是位置测量变压器，感应同步器是它的商品名称，初期用于雷达天线的定位和自动跟踪、导弹的导向等。在机械制造中，感应同步器常用于数字控制机床、加工中心等的定位反馈系统中和坐标测量机、镗床等的测量数字显示系统中。它对环境条件要求较低，能在有少量粉尘、油雾的环境下正常工作。定尺上的连续绕组
的周期为2毫米。滑尺上有两个绕组，其周期与定尺上的相同，但相互错开1/4周期(电相位差90°)。感应同步器的工作方式有鉴相型和鉴幅型的两种。前者是把两个相位差90°、频率和幅值相同的交流电压U1 和U2分别输入滑尺上的两个绕组，按照电磁感应原理，定尺上的绕组会产生感应电势U。如滑尺相对定尺移动，则U的相位相应变化，经放大后与U1和U2比相、细分、计数，即可得出滑尺的位移量。在鉴幅型中，输入滑尺绕组的是频率、相位相同而幅值不同的交流电压，根据输入和输出电压的幅值变化，也可得出滑尺的位移量。由感应同步器和放大、整形、比相、细分、计数、显示等电子部分组成的系统称为感应同步器测量系统。它的测长精确度可达3微米/1000毫米，测角精度可达1″/360°。 分类 按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。 增量式 增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。 绝对式
海湾电子编码器安装使用说明书 一、概述 GST-BMQ-2电子编码器（以下简称编码器）可对电子编码的探测器或模块进行地址码、灵敏度、设备类型等的读出和地址码、灵敏度的写入功能，还可以对火灾显示盘进行地址码、灯号及二次码的读出和写入。 二、特点 1. 该编码器采用手握式结构，外形小巧，携带方便，操作简单; 2. 该编码器可通过编码器后盖的总线接口，直接和总线型探测器旋接，进行编码等操作，更加方便，如图2所示（略）； 3. 可对公司生产的总线型探测器、模块等设备编码，可对ZF-GST8903火灾显示盘、JTY-HM-GST102线型光束感烟火灾探测器、JTY-HF-GST102线型光束感烟火灾探测器、隔爆点型可燃气体探测器等I2C接口设备编码； 4. 四位段码式液晶显示，显示直观； 5. 低功耗睡眠和自动关机功能； 6. 电池欠压指示功能 三、技术特性 1. 电源：1节9V叠式电池 2. 工作电流≤8mA 3. 待机电流≤100чA 4. 使用环境： 温度：-10℃~+50℃ 相对湿度≤95%，不凝露 5. 尺寸：164mm×64mm×37mm 四、结构特征 外形示意图如图1所示（略） 1：电源开关 2：液晶屏
3：总线插口 4：火灾显示盘接口（I2C） 5：复位键 6：固定螺丝 7：电池盒后盖 8：铭牌 9：JTY-GD-G3、JTY-ZCD-G3N探测器总线接口 10：JTY-GM-GST9611、JTW-ZOM-GST9612型探测器总线接口 11：电池盒后盖螺丝 12：保护盖 其中各部分名称和功能说明如下： 1. 电源开关：完成系统硬件开机和关机操作。 2. 液晶屏：显示有关探测器的一切信息和操作人员输入的相关信息，并且当电源欠压时给出指示。 3. 总线插口：编码器通过总线插口与探测器或模块相连。 4. 火灾显示盘接口（I2C）：编码器通过此接口与ZF-GST8903火灾显示盘或以I2C编程方式编码的探测器相连。 5. 复位键：当编码器由于长时间不使用而自动关机后，按下复位键可以使系统重新上电并进入工作状态。 6. 固定螺丝：将编码器的印制板固定好，并且将编码器的前盖好后盖安装在一起。 7. 电池盒后盖：内部放置电池。 8. 铭牌：贴于编码器背面。 9. JTY－GD－G3、JTY－ZCD－G3N型探测器总线接口：旋接JTY－GD-G3、JTY-ZCD-G3N探测器。 10. JTY-GM-GST9611、JTW-ZOM-GST9611、JTW-ZOM-GST9612探测器。 11. 电池盖螺丝：将电池固定好。 12. 保护盖：保护后盖的总线接口，以免发生短路等事故。 五、使有及操作
编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。 编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。故障现象：1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电子电路来处理。编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理. 编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在增量编码器的情况下，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；因此，当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。 现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、伺服电机专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。 编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“１”还是“０”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“１”还是“０”。 按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。 旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。这样的编码器是由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的唯一性，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。 由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控定位中。绝对型编码器因其高精度，输出位数较多，如仍用并行输出，其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离，连接电缆芯数多，由此带来诸多不便和降低可靠性，
编码器的分类 编码器的定义: 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: 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: 编码器的分类概览 1、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。 2、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。 (1) 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。 (2)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： (1)模拟量（如，4-20mA电流型输出和0-10V电压型输出等） (2)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） (3)串行口（如RS485，RS232, RS422等） (4)工业总线接口（如SSI, PROFIBUS, DeviceNet, CANOpen等） (5)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
编码器及其应用概述 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1"还是"0";非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是"1"还是"0",通过"1"和"0"的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。 旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。 线性编码器同样使用磁栅编码阵列和霍尔编码阵列协调工作，线性编码器的霍尔编码阵列叫作"阅读器", 磁栅编码阵列叫作"感应标尺".但是线性编码器采用的霍尔元件是线性霍尔，当霍尔元件保持一定间隙沿磁栅轴线表面移动时，线性霍尔感测出类似正弦波信号的位移量信息。信号分割器重分正弦波微电流信号，可以得到精度非常高的位置信息。理论上讲，只要信号分割器分割的足够细，系统的分辨率可以非常高。在实际工况下，由于杂散磁场、电磁干扰等因素影响，系统分辨率只能达到0.17毫米的水平。由于霍尔编码阵列元件工作在线性状态，系统受外界温度、湿度、杂散磁场、电磁干扰等因素的影响比较大。 图1. 光电编码器的组件 仅有一路脉冲输出的编码器不能确定旋转的角度，所以用处不大。如果使用两路码道，其扇区之间的相位差为90度（如图2所示），那么通过该正交编码器的两路输出通道就可以确定位置和旋转的方向两个信息。例如，如果通道A相位超前，码盘就以顺时针旋转。如果通道B相位超前，那么码盘就是以逆时针旋转。因此，通过监控脉冲的数目和信号A、B之间的相对相位信息，就可以同时获得旋转的位置和方向信息。 图2. 正交编码器A和B的输出信号
光栅与编码器介绍 位置检测装置作为数控机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以编码器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。 光栅,现代光栅测量技术 简要介绍： 将光源、两块长光栅（动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。输出方波的光栅尺有A相、B 相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。 一、栅式测量系统简述 从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。由于光栅测量系统的综合技术性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。光栅在栅式测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。测量长度从1m、3m 达到30m和100m。 二、光栅测量技术发展的回顾 计量光栅技术的基础是莫尔条纹（Moire fringes），1874年由英国物理学家L.Rayleigh首先提出这种图案的工程价值，直到20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。1950年德国Heidenhain首创DIADUR复制工艺，也就是在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，这才能制造高精度、价廉的光栅刻度尺，光栅计量仪器才能为用户所接受，进入商品市场。1953年英国Ferranti公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光栅测量系统的基础，并一直广泛应用至今。 德国Heidenhain公司1961年开始开发光栅尺和圆栅编码器，并制造出栅距为4μm（250线/mm）的光栅尺和10000线/转的圆光栅测量系统，能实现1微米和1角秒的测量分辨力。1966年制造出了栅距为20μm（50线/mm）的封闭式直线光栅编码器。在80年代又推出AURODUR工艺，是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅。并在光栅一个参考标
编码器工作原理及作用-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
编码器工作原理及作用 工作原理 德国siko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。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。 作用 它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。 编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。一般地，旋转编码器也能得到一个速度信
增量编码器概述 工作原理： 增量编码器是一种将旋转位移转换为一连串数字脉冲信号的旋转式传感器。这些脉冲用来控制角位移。在Eltra 编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统以由交替的透光窗口和不透光窗口构成的径向分度盘（码盘）的旋转为依据，同时被一个红外光源垂直照射，光把码盘的图像投射到接收器表面上。接收器覆盖着一层衍射光栅，它具有和码盘相同的窗口宽度。接收器的工作是感受光盘转动所产生的变化，然后将光变化转换成相应的电变化。再使低电平信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方形脉冲，这就必须用电子电路来处理。读数系统通常采用差分方式，即将两个波形一样但相位差为180°的不同信号进行比较，以便提高输出信号的质量和稳定性。读数是再两个信号的差别基础上形成的，从而消除了干扰。 增量编码器 增量编码器给出两相方 波，它们的相位差90°，通常 称为A 通道和B 通道。其中一个通道给出与转速相关的信息，与此同时，通过两个通道信号进行顺序对比，得到旋转方向的信息。还有一个特殊信 号称为Z 或零通道，该通道给 出编码器的绝对零位，此信号是一个方波与A 通道方波的中心线重合。 增量型编码器精度取决于机械和电气两种因素，这些因素 有：光栅分度误差、光盘偏心、轴承偏心、电子读数装置引入的 误差以及光学部分的不精确性。确定编码器精度的测量单位是电 气上的度数，编码器精度决定了编码器产生的脉冲分度。以下用 360°电气度数来表示机械轴的转动，而轴的转动必须是一个完 整的周期。要知道多少机械角度相当于电气上的360度，可以用 下列公式来计算： 电气360 =机械360°/n °脉冲/转 图：A 、B 换向时信号 编码器分度误差是以电气角度为单位的两个连续脉冲波的最大偏移来表示。误差存在于任何编码器中，这是由前述各因素引起的。Eltra 编码器的最大误差为±25电气角度（在已声明的任何条件下），相当于额定值偏移±7%，至于相位差90°（电气上）的两个通道的最大偏差为±35电气度数相当于额定值偏移±10%左右。 UVW 信号增量型编码器 除了上述传统的编码器外，还有一些是与其它的电气输出信号集成在一起的增量型编码器。与UVW 信号集成的增量型编码器就是实例，它通常应用于交流伺服电机的反馈。这些磁极信号一般出现在交流伺服电机中，UVW 信号一般是通过模拟磁性原件的功能而设计的。在Eltra 编码器中，这些UVW 信号是用光学方法产生，并以三个方波的形式出现，它们彼此偏移120°。为了便于电机启动，控制电动机用的启动器需要这些正确的信号。这些UVW 磁极脉冲可在机械轴旋转中重复许多次，因为它们直接取决于所连接的电机磁极数，并且用于4、6或更多极电机的UVW 信号。
增量式旋转编码器工作原理 增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。在接合数字电路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。 下面对增量式旋转编码器的内部工作原理（附图） A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。 当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。 通过输出波形图可知每个运动周期的时序为 我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向， 如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消毫的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。 S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。
我们常用的鼠标也是这个原理哦。 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 1.1增量式编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90o，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 光电编码器分类和选择 光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的，从50年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广。近年来更取得长足的发展，在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。 光电编码器按编码方式分为二类：增量式与绝对式。 1、增量式编码器特点： 增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。 2、绝对式编码器特点： 绝对式编码器有与位置相对应的代玛输出，通常为二进制码或 BCD 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置，绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0—360 度。
绝对值编码器概述 工作原理 绝对值编码器与增量编码器工作原理非常相似。它是一个带有若干个透明和不透明窗口的转动圆盘，用光接收器来收集间断的光束，光脉冲转换成电脉冲后， 由电子输出电路进行 处理，并将电脉冲发送出去。 绝对值代码 绝对值编码器和增量编码器之间主要的差别在于位置是怎么样来确定的：增量编码器的位置是从零位标记开始计算的脉冲数量来确定的，而绝对值编码器的位置是由输出代码的读数来确定的，在一转内每个位置的读数是唯一的。因此，
当电源断开或码盘移位时，绝对值编码器不会丢失实际位 置。 然而，当绝对值编码器的电源一旦重启位置值就会立即替代旧值，而一个增量编码器则需要设置零位标记。 输出代码用于指定绝对位置。很明显首选会是二进制码，因为它可以很容易被外部设备所处理，但是，二进制码是直接从旋转码盘上取得的，由于同时改变的编码状态位数超过一位，所以要求同步输出代码很难。 例如，两个连续的二进制码编码7（0111）变到8（1000），可以注意到所有位的状态都发生了变化。因此，如果你试着读在特定时刻的编码，要保证读数的正确性是很困难的，因为在数据改变的一瞬间同时就有超过一位的状态变化。因此，格雷码在二个连续编码之间（甚至于从最后一个到第一个）只有一位二进码状态变化。 格雷码通过一个简单的组合电路就可以很容易被转换为二进制码。（见如下表单）
格雷余码 当定义位置的个数不是2的幂次方时，从最后一个位置变到最前一个位置，即使是格雷码，同时改变的编码状态也会超过一位。 例如，假设一个每转12个位置的绝对型编码器，其格雷码如右侧所示，显而易见在位置11和0之间变化时，3位二进制码位同时改变状态，可能会引起读数出错，这是不允许的。试用格雷余码，3位二进制就可以维护编码仅仅只有一位状态变化，使得位置0与N值一一对应，这就得到格雷余码。其中，N是这样一个数，从转换成二进制码的格雷余码中减去N，就得到正确的位置值。 超差值N的计算： N=(2n-IMP)/2 式中：IMP IMP是每转的位置数（只能是 偶数）
编码器的分类、特点及其应用详解 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式，根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 1.1 增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z 相；A、B两组脉冲相位差90度，从而可方便的判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 1.2 绝对式编码器绝对式编码器是直接输出数字的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码盘，每条道上有透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区树木是双倍关系，码盘上的码道数是它的二进制数码的位数，在吗盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件，当吗盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读书一个固定的与位置相对应的数字码。显然，吗道必须N条吗道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。 1.3 混合式绝对编码器混合式绝对编码器，它输出两组信息，一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 二、光电编码器的应用增量型编码器与绝对型编码器区别 1、角度测量