编码器是如何实现定位功能的？

编码器是如何实现定位功能的？

编码器，作为工业控制中的关键部件，主要负责测量和报告电机轴或负载的当前位置。然而，旋转编码器本身并不直接执行定位操作，而是需要配合数控系统（如PLC等控制器）以及伺服或步进电机来实现精确定位。编码器可以比作人的眼睛，它知道电机轴或负载当前所处的位置。

图为与测量轮配合测速使用的亨士乐增量编码器照片

编码器的工作原理

以光电编码器为例，它通常包含一个薄而轻的圆盘（码盘），该圆盘上通过精密仪器刻有许多细小的缝隙。这些缝隙将360度圆周细分为多个等份，比如1024组，这样每组之间的角度差就是360/1024度=0.3515625度。

在码盘的一面安装有一个精密的发光源，而在另一面则配置有接收器，如光敏电阻等元件，并配有放大和整形电路。当码盘转动时，有缝隙的地方会让光线通过，此时接收器会瞬间接收到光脉冲。这些光脉冲经过电路处理后，转化为电脉冲信号输出。这样，当码盘旋转一周时，会对应输出1024个脉冲。通过读取这些脉冲的个数，就可以确定码盘（进而电机轴）当前所处的位置。

编码器的应用

电机轴位置检测：将编码器安装在电机轴上，由于电机轴与码盘是刚性连接的，因此两者位置一一对应。通过读取编码器输出的脉冲数，就可以知道电机轴的当前位置。
负载位置检测：电机轴通常会通过同步带、齿轮、链条等带动负载（如丝杆）运动。根据特定的电子齿轮比关系（即电机转一圈，丝杆前进的毫米数），通过读取编码器输出的脉冲数，可以反推出当前丝杆的位置。

增量型编码器与绝对值编码器

增量型编码器：为了解决编码器无限旋转导致角度无穷大的问题，设计了增量型编码器。它会在每转一圈时输出三组信号ABZ。其中，AB相脉冲对应一圈内的圆周角度，且两种脉冲处于正交状态。通过判断AB相脉冲的上升沿和下降沿的先后顺序，可以确定编码器的旋转方向。Z相脉冲作为基准点，编码器每转一圈只输出一个Z相脉冲。这样，即使系统断电重新上电，只要能找到这个基准点，就可以确定丝杆的初始位置。
绝对值编码器：对于只需要转一圈或几圈的应用场景，可以使用绝对值编码器。绝对值编码器具有更高的细分精度，如13位编码器可以输出2^13个脉冲来对应360度。这种编码器在断电后无需重新调整零位，因为脉冲数与角度之间存在一一对应的关系。对于需要转多圈但圈数不多的应用，绝对值编码器同样适用。

磁电编码器

除了光电编码器外，还有磁电编码器。它通过在码盘上加工多个南北间隔的小磁铁，并使用霍尔元件读取小磁铁信号来输出电脉冲信号。磁电编码器价格较为便宜且可靠性高，但精度稍逊于光电编码器。

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