绝对式旋转编码器工作原理

2021年1月25日发(作者：史可全)

绝对是相对于增量而言的，顾名思义，所谓绝对就是编码器的输出信
号在一周或多周 运转的过程中
，
其每一位置和角度所对应的输出编码值
都是唯一对应的，如此，便具备 掉电记忆之功能也。



绝对式编码器是依据计算机原理中的位码来 设计的，比如：
8
位码
（
0000 0011
），
16位码，
32
位码等。把这些位码信息反映在编码器
的码盘上，就是多道光通道刻线 ，每道刻线依次以
2
线、
4
线、
8
线、
16
线。。。。。。编排。如此编排的结果，比如对一个单圈绝对式而
言
，
便是把一周< br>360°
分为
2
的
4
次方
，
2
的< br>8
次方
，
2
的
16
次方
，
，
，
，
位数越高，则精度越高，量程亦越大。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。



单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器






旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取
唯一的编码，当转动超过360
度时，编码又回到原点，这样就不符合绝
对编码唯一的原则，这样的编码

只能用于旋转范围
360
度以内的测量，称之为单圈绝对值编码器。



如果要测量旋转超过
360
度范围，就要用到多圈绝对值编码器。



编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通
过齿轮传动另一组 码盘（或多组齿轮，多组码盘）
，在单圈编码的基础
上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量 范围，这样的绝对编码器就
称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码
唯一不重复，而无需记忆。



多圈编码器另一个优点是由于测量范围大 ，实际使用往往富裕较
多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可
以 了，而大大简化了安装调试难度。

绝对值编码器的信号输出（
Signal Output
）



绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体
型输出

1
．并行输出（
Parallel
）：


绝对值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码）
，并行输
出就是所有信号各占一信 号线同时输出，以代表数码的
1
或
0
，对于位
数不高的绝对编码器< br>，
一般就直接以此形式输出数码
，
可直接进入
PLC
或上位机 的
I/O
接口
，
输出即时
，
连接简单
。
但 是并行输出有如下问题：



1
。最好为格雷码，因为如是纯二进 制码，在数据刷新时可能有多
位同时变化，读数会在短时间里造成错码。而格雷码每次只有一位发生变化，减少错码的可能。



2
。所有接口必须确保连接好， 因为如有个别连接不良点，该点电
位始终是
0
，造成错码而无法判断。



3
。传输距离不能远，一般在一两米左右，对于复杂环境的现场，
最好有隔离。



4
。对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保 连接优良，由此带来
工程难度，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的
故障 损坏率。




串行
SSI
输出（
Serial Synchronous Interface
）：



串行输出就是通过一定的协议，在时 间上有先后的数据输出，这种
约定称为通讯规约
，
其连接的物理形式有
RS2 32
、
RS422(TTL)
、
RS485
等。由于绝对值编码器好 的厂家都是在德国，所以串行输出大部分是与
德国的西门子配套的，如
SSI
同步串行 输出。串行输出连接线少，传输
距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了。一般高位数的绝对< br>编码器都是用串行输出的。

1
．现场总线型输出（
BUS
）

现场总线型编码器是多个 编码器各以一对信号线连接在一起
，
通过设定
地址，用通讯方式传输信号，信号的接收 设备只需一个接口，就可以读
多个编码器信号。总线型编码器信号遵循
RS485
的物 理格式，其信号
的编排方式称为通讯规约，目前全世界有多个通讯规约，各有优点，还
未统一， 编码器常用的通讯规约有如下几种：

PROFIBUS-DP
；

CAN
；

DeviceNet
；

Interbus
等

总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远， 在多个
编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。


4
．变送一体型输出


变送也就是其信号已经在编码器内换算后 直接变送输出，其有模拟量
4
—
20mA
输出、
RS485
数字输出、
14
位并行输出等。

绝对式编码器选型常用参数



1.
单圈绝对型（
Singleturn
）
-
需知道客户所需求的位数，又叫解析度
（
Resolution
）
,
比如
10 bits
，又称
1024 positions
，
12bits =4096
positions
等。

2.
多圈绝对型（
Multiturn
）
-
此时除了问他单圈的解析度外，还有就是
他所需求的圈数（
revolution），所以一个多圈型编码器的位数是单圈
位数和多圈圈数的总合
。
比如
：
一个编码器的单圈解析度为
4096/12bits ,
圈数为
13bits ,
那么这个编码器的总输出位数就是
12+13=25bits .

3.
信号输出及接口形式（
Signal and Output
）
-
首先有数码输出和模拟
输出，但一般是以数码为主。编码输出有：并行输出，串行输出，总线
接口等。

4.
编码器电源电压
（
Power
）< br>-
问清楚他所选用编码器的工作电源电压。

5.
输出码制（
Code
）
-
绝对式编码器输出之编码同计算机中所用到的码
制是一样的，也 有自然二进制，
BCD
，格雷码，余格雷码等。其中常用