编码器产品知识介绍

编码器原理

(1)光电编码器

光电编码器是一种二进制光电位置指示器，其基本原理是由不同等分的明暗相间的条纹，通过光电元件取得角度位置的二进制数字信号，最后进行解码取得角度位置的绝对值或相对值。绝对编码器的码形总是唯一的，这种码形给出了长度或角度的位置。光电编码器由光源，码盘和光电接收器所组成。码盘是编码器中的最重要的器件。图3.17是一个八位编码器的码盘和编码器的工作原理图。这里的码盘是一种自然码盘。绝对编码器的码形有多种形式。一种叫做格瑞码

的码盘特别适用于光学编码器（见图3.18(a)）。这种码盘每进一格仅改变一个数码，不易产生错码现象。

图 3.18 (a) 格瑞码的码盘和(b)增量编码器的码盘

图 3.19 增量编码器码盘脉冲信息细分的工作原理，图中z表示零位

光电编码器的另一类是增量编码器。增量编码器的码盘如图3.18(b)所示。它的码盘是由明暗相间的条纹所构成。一般来讲同样分辨精度的增量编码器要比绝对编码器便宜得多。增量编码器还有一些提高分辨精度的方法。通常增量光栅码盘有四个刻道，其中两个是明暗相间的条纹码，另外两个是电源亮度指示码。这两个条纹码之间相互错开，这样这种码盘的编码器就不但可以给出码盘运动的角度和大小，而且可以给出码盘运动的方向。同时当光栅码盘的方波脉冲信息输入到顺时针 和逆时针

的增减计数器中时，这种两个条纹码的方波信息就可以分解为一倍、两倍或四倍的精细信号以提高编码器的分辨本领。如果光栅码盘的质量好，这种精细的四倍的信号可以精确到每一个信号脉冲的二分之一。

为了获得更为精细的分辨本领一种用光栅读头的方法可以达到这个目的。（见图3.20）这时在旋转光栅的后面加上了一个小的子光栅。当相干光照射在光栅盘上时，在子光栅面上的光强为(leki,1999)：

(3.58)

图 3.20 增量编码器中子光栅码盘细分的工作原理图(leki,1999)

式中 是光栅的投射率。如果第一个光栅的周期是 ，第二个光栅的周期也是 。用 作为在焦面上的空间频率，则在焦面上的光能量为：

编码器应用总结

前言：在公司码头装卸设备中应用于各个重要机构的编码器都属于光电编码器，由于与其相关的故障时有发生，造成设备故障率相应提高，其重要性日益突出，所以我们对此类编码器的工作原理，应用情况，相关故障以及解决方法进行了技术性的整理，总结如下：

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臵组成。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臵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90º的两路脉冲信号。

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。

我公司码头起重机有岸边桥和场地桥两种，在这两种设备中主要应用的是增量式和绝对式编码器，其中绝对式编码器分为二进制和格雷码两种。以下我们分增量式编码器，绝对式二进制编码器，绝对式格雷制编码器三种进行说明。

1．增量式编码器：

[1]工作原理：

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臵信息。

[2]应用范围：

在码头作业的场地桥，岸边桥中应用的增量式编码器为脉冲编码器（也叫脉冲发电机，简称PG）。

起重机种类 机构 型号 安川场地桥 起升 LF-60B-S89A 600P/R

大车 GHW930596R 600P/R（也属于旋转编码器）

各种输出形式的旋转编码器与后续设备（PLC、计数器等）接线分别怎么接？

⑴与PLC连接，以CPM1A为例

①NPN集电极开路输出

方法1：如下图所示

这种接线方式应用于当传感器的工作电压与PLC的输入电压不同时，取编码器晶体管部分，另外串入电源，以无电压形式接入PLC。但是需要注意的是，外接电源的电压必须在DC30V以下，开关容量每相35mA以下，超过这个工作电压，则编码器内部可能会发生损坏。

具体接线方式如下：编码器的褐线接编码器工作电压正极，蓝线接编码器工作电压负极，输出线依次接入PLC的输入点，蓝线接外接电源负极，外接电源正极接入PLC的输入com端。

方法2：编码器的褐线接电源正极，输出线依次接入PLC的输入点，蓝线接电源负极，再从电源正极端拉根线接入PLC输入com端。

②电压输出

接线方式如图所示：

具体接线方式如下：编码器的褐线接电源正极，输出线依次接入PLC

的输入点，蓝线接电源负极，再从电源正极端拉根线接入PLC输入com端。

不过需要注意的是，不能以下图方式接线。

③PNP集电极开路输出

接线方式如下图所示：

具体接线方式如下：编码器的褐线接工作电压正极，蓝线接工作电压负极，输出线依次接入PLC的输入com端，再从电源负极端拉根线接入PLC的输入com端。

④线性驱动输出

具体接线如下：输出线依次接入后续设备相应的输入点，褐线接工作电压的正极，蓝线接工作电压的负极。

⑵与计数器连接，以H7CX（OMRON制）为例

H7CX输入信号分为无电压输入和电压输入。

①无电压输入：

以无电压方式输入时，只接受NPN输出信号。

NPN集电极开路输出的接线方式如下：

具体接线方式如下：褐线接电源正极，蓝线接电源负极，再从电源负极端拉根线接6号端子，黑线和白线接入8和9号端子，如果需要自动复位，则橙线接入7号端子。

NPN电压输出的接线方式如下：

CSM_E6F-C_DS_C_6_󰩼䆶⬉䆱󱳔󱮄󰖵󱙃󰜡䌍⬉䆱增量型 外径φ60

E6F-C

坚固型

•增量型

•外径：φ60

•分辨率（最大）：1000

•IP65、防油构造

•轴强度高

径向120N、轴向50N请参见第

3

页上的

“注意事项”

。有关标准认证对象机型的最新信息，请参见本公司网站（）的“标准认证/适用”。

种类

■本体【外形尺寸图➜P.4】■附件（另售）【外形尺寸图➜伺服安装支架➜P.4、耦合器➜旋转编码器 附件】

详情请参见➜旋转编码器 附件。种类型号备注

耦合器E69-C10B─

E69-C610B不同直径型

E69-C10M金属型

伺服安装支架E69-23个1套电源电压输出形式分辨率（脉冲/旋转）型号

DC12～24V互补输出100、200、360、500、600E6F-CWZ5G（分辨率） 2M

例：E6F-CWZ5G（100P/R） 2M1,000

NPN集电极开路输出1,000E6F-CWZ5C （1000P/R） 󰩼䆶⬉䆱󱳔󱮄󰖵󱙃

󰜡䌍⬉䆱E6F-C

额定规格/性能

*1.接通电源时，流过约9A的浪涌电流。(时间：约5μs)*2.关于互补输出右图表示输出回路有NPN与PNP这2种输出晶体管。 根据输出信号“H”、“L”，2种输出晶体管互相交叉进行“ON”、“OFF”动作。使用时，请分别拉上、拉下正电源和0V。互补输出分为输出电流流出及流入2种动作，特征是信号的上升、下降速度快，可进行导线的长距离延长。可与开路集电极输入设备（NPN、PNP）连接。项目型号E6F-CWZ5GE6F-CWZ5C

电源电压DC12V－10％～24V＋15％ 纹波 (p-p) 5％以下

消耗电流 *1100mA以下

输出相A相、B相、Z相

分辨率（脉冲/旋转）100、200、360、500、600、1,0001,000