編碼器選擇需根據(jù)分辨率、精度、應(yīng)用場景等核心參數(shù)匹配步進電機與智能系統(tǒng)的需求。以下是關(guān)鍵考量因素及建議：

分辨率與精度

分辨率指編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，直接影響位置測量的精細度。例如，天文觀測需26位分辨率(即每轉(zhuǎn)產(chǎn)生約46億脈沖)以追蹤恒星微小移動，而工業(yè)自動化中常用增量式編碼器通常提供32-10000 CPR(每轉(zhuǎn)周期)的分辨率范圍。選擇時需確保分辨率滿足系統(tǒng)對定位精度的需求，例如機床需高精度編碼器實現(xiàn)微米級定位。 ?

增量式與絕對式的選擇

?增量式?：通過累計脈沖數(shù)確定位置，適合中低精度場景，成本較低，但斷電后需重新校準。

?絕對式?：直接輸出當(dāng)前絕對位置，斷電后仍可準確復(fù)位，適合高精度、高可靠性場景(如伺服系統(tǒng))。 ?

安裝與維護

步進電機通常需通過聯(lián)軸器連接編碼器，安裝時需注意軸向和徑向偏差對精度的影響。光學(xué)編碼器需避免污染物干擾，電磁編碼器更耐環(huán)境干擾但精度稍低。 ?

成本與可靠性

電磁編碼器成本低且抗干擾性強，適合惡劣工業(yè)環(huán)境;光學(xué)編碼器精度高但維護成本較高。選擇時需平衡預(yù)算與系統(tǒng)長期穩(wěn)定性需求，例如智能車比賽中常用低成本增量式編碼器實現(xiàn)基礎(chǔ)速度監(jiān)測。

編碼器作為一種轉(zhuǎn)換信號的器件，廣泛應(yīng)用于我們生活的四周。

在智能車比賽中，需要利用編碼器檢測車模的瞬時速度，實現(xiàn)對車模速度的閉環(huán)反饋控制，從而使得小車的控制板能夠根據(jù)賽道路況的變化而執(zhí)行軟件給定的指令，如加速、減速、轉(zhuǎn)彎等。

在天體探索中，科學(xué)家使用大型天文望遠鏡對恒星進行追蹤時，天文望遠鏡要達到一定的速度控制精度，就需要選取合適的編碼器。不過此時對編碼器的要求非常高，比如當(dāng)恒星速度為0.004%，需要分辨率為26位的編碼器才能符合測速要求。

此外，還有電梯專用型編碼器、機床專用編碼器、伺服電機專用型編碼器等等，可以說編碼器無處不在。

從步進電機到智能系統(tǒng)，編碼器究竟如何選擇?

那到底什么是編碼器呢?

按照定義來看，編碼器是將信號(如比特流)或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。

簡單理解就是，將人類不能直接理解的信號轉(zhuǎn)換成我們?nèi)祟惸軌蛑苯永斫獾男盘?，以便于我們對設(shè)備或器件進行支配。

編碼器根據(jù)刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對值、混合式。

增量式和絕對式較為常見，但區(qū)別二者成為了困擾廣大用戶的難題。

因此，在這里只將增量式和絕對式做一個對比，讓用戶在將來選擇時，能做出一個更好的選擇。

首先，兩者的工作原理各不相同：

1、增量式編碼器的工作原理：

增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。

拿倒水來形容，增量式編碼器好比，找一個不知道大小的杯子然后往里面倒水，當(dāng)?shù)節(jié)M一次，就把杯子清空一次，然后再倒水，最后根據(jù)倒?jié)M杯子的次數(shù)來計算距離。

從構(gòu)造上來看，增量式編碼器由連接軸、碼盤、光源和輸出電路等構(gòu)成。其實，編碼器基本上都是這個構(gòu)成，下面就不再重復(fù)了。

增量式編碼器由光電發(fā)射器件和接收器件獲得四組正弦波信號，分別組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差，四組相差360度(即一個周波)。將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，從而起到增強穩(wěn)定信號的作用;另外，每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相前后相差90度，故可通過比較A、B兩相哪個在前來判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。

通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。通過零位參考位和脈沖數(shù)量來計算距離和角度等參量。

2、絕對式編碼器的工作原理

絕對式編碼器的碼盤上有許多道刻線，用以編排編碼器上的每一個位置。由于每一個位置都不一樣，所以想知道位移大小，只要知道起始位置和終止位置就可以了，不用像增量式編碼器一樣需要一直計數(shù)。

還是拿倒水來舉例，絕對式編碼器好比，找一個有刻度的、更高的杯子，往里面倒水，最后根據(jù)起始和終止的刻度來計算距離。

從結(jié)構(gòu)上來看，絕對式編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線……編排，這樣，在編碼器的任意一個位置，都可以通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的二進制編碼(格雷碼)，這也就是n位絕對編碼器。

這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置(起、止位置)決定的，因而不會受到停電、外界干擾的影響，這也是絕對式編碼器的優(yōu)良特性之一。

由于這一特性，絕對式編碼器無需記憶，無需找零參考點，而且還不用一直計數(shù)，因此，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

基于絕對式編碼器的構(gòu)造，它一定會面臨著一個問題：計數(shù)計到最大值。

為了解決這個問題，從而出現(xiàn)了多圈絕對式編碼器。

針對多圈絕對式編碼器，常見的有以下三種設(shè)計方案：

第一種，在編碼器內(nèi)部，用機械齒輪耦合多個軸，用來計算總的圈數(shù)。

拿倒水舉例子，也就是之前提到的那個有刻度的杯子，當(dāng)這個杯子倒?jié)M了時，再找一個有刻度的、更大的杯子，把小杯子里的水倒進大杯子里，最后大小杯子相加計算距離。

第二種，就是用電子計數(shù)器和電容器，來計算總共轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。

從步進電機到智能系統(tǒng)，編碼器究竟如何選擇?

還是拿倒水舉例子，這一次當(dāng)有刻度的杯子倒?jié)M了時，把水倒出來，同時使用計數(shù)器來計量倒?jié)M的次數(shù)，最后通過計數(shù)器和杯子相加來計算距離。

第三種，在一些磁編碼器中，采用韋根金線，并利用韋根效應(yīng)來計數(shù)。

以上的三種方法都需要付出一定的代價，比如說第一種，因為用到了機械齒輪，所以會給編碼器帶來磨損，使得精度降低。

至于構(gòu)成多圈絕對值編碼器的方案，在這里不多過描述，感興趣的朋友可以去查閱相關(guān)資料。

兩者因為工作原理和機械構(gòu)成不同，產(chǎn)生了兩個非常大的區(qū)別：

1、通斷電記憶不同

增量式編碼器沒有記憶，斷電重啟必須回到參考零位，才能找到需要的位置，每次通斷電都要重新開始。

最常見的增量式編碼器就是打印機掃描儀的定位，每次打印機開機時，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，其實這是打印機在尋找參考零點，在這之后才能工作。

而絕對式編碼器有記憶，斷電重啟不用回到零位，即可知道目標所在的位置。這使得絕對式編碼器不會在過程中受到干擾，其抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高。

2、碼盤不同

由于兩者的計數(shù)方式不相同，因此兩者的碼盤也相差極大。

碼盤的不同，是絕對式編碼器和增量式編碼器的最大區(qū)別之一。

除以上區(qū)別外，絕對式編碼器和增量式編碼器還有很多細小的區(qū)別：

3、輸出信號不同

增量式編碼器輸出的是脈沖信號，而絕對式編碼器輸出的是一組二進制的數(shù)值。

4、計數(shù)量受限不同

增量式編碼器的轉(zhuǎn)數(shù)不受限制，而絕對式編碼器不能超過轉(zhuǎn)數(shù)的量程。

5、應(yīng)用領(lǐng)域不完全相同

有無斷點記憶使得增量式編碼器和絕對式編碼器在應(yīng)用領(lǐng)域上有很大的不同，增量式編碼器更適合用于確定速度，距離或運動方向，而絕對式編碼器由于其特性在工控定位領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

6、價格不一樣

由于絕對式編碼器的優(yōu)良特質(zhì)，在價格上比增量式編碼器要高出一些。

有了二者的區(qū)別，我們再來看看要選擇編碼器的時候，需要注意哪些要素：

是否需要斷電保持

如果是需要持續(xù)性檢查的場合就必須使用絕對式編碼器。

需要的測量精度

相對而言，絕對式編碼器的精度比增量式編碼器的精度會更高一些。

分辨率

編碼器的分辨率，即電機轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)一圈時編碼器輸出的脈沖個數(shù)。分辨率的高低是影響測速效果最為關(guān)鍵的因素之一。

需要的最大速度

編碼器的測速方法分為三類：T法、N法和M/T法。

一般來講，T法在低速區(qū)測速效果最好，M法在高速區(qū)優(yōu)于T法。M/T法雖然實現(xiàn)的方法比M和T法都要高很多，但在大多數(shù)情況下，其測速精度也有優(yōu)于另外兩種。

需要的碼盤材質(zhì)

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料。

從步進電機到智能系統(tǒng)，編碼器究竟如何選擇?

玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高。

金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度可能會受到影響，其熱穩(wěn)定性也要比玻璃的差很多。

塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

? 應(yīng)用場合與需求

首要之務(wù)是明確編碼器的具體應(yīng)用場合及需求。由于不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)幋a器的要求各有差異，因此明確這些需求至關(guān)重要。例如，在步進電機的操控中，編碼器可能被用于提供精準的位置反饋，從而確保精確操控的實現(xiàn)。而在智能系統(tǒng)中，編碼器則可能被用于測量并記錄設(shè)備的運動狀態(tài)，旨在優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能。

02編碼器類型編碼器，這一用于測量和記錄設(shè)備運動狀態(tài)的精密儀器，根據(jù)其刻度方法和信號輸出方式，可分為增量式、絕對值和混合式三種類型。增量式編碼器通過將位移轉(zhuǎn)化為周期性電信號，再進一步轉(zhuǎn)換為計數(shù)脈沖，以脈沖數(shù)量來反映位移大小，非常適合于測量相對位移和速度控制等應(yīng)用。而絕對值編碼器則通過讀取刻線的明暗變化，生成一組獨一無二的二進制編碼，從而精準確定位置，常用于需要精確定位的場合?；旌鲜骄幋a器則巧妙結(jié)合了增量式和絕對值的優(yōu)點，既適用于測量相對位移，又具備精確定位的能力。在選擇編碼器時，務(wù)必根據(jù)實際需求來挑選合適的類型。

? 精度與分辨率

編碼器的精度和分辨率是其性能的關(guān)鍵衡量標準。精度，常以分辨率來體現(xiàn)，分辨率越高，意味著編碼器能更細微地識別位移變化。在選擇過程中，需依據(jù)具體的工藝需求來定奪分辨率。例如，在那些對精度要求極高的測量場景中，可能就需要選用分辨率精細至微米級的編碼器。

03工作環(huán)境影響編碼器的工作環(huán)境對其性能和使用壽命具有顯著影響。不同的工業(yè)環(huán)境中可能存在溫度、濕度、振動、灰塵等多種潛在風(fēng)險因素。因此，在選擇編碼器時，必須綜合考慮這些環(huán)境因素對其性能可能產(chǎn)生的影響。例如，在高溫或潮濕的工作環(huán)境中，應(yīng)優(yōu)先選擇具備相應(yīng)防護等級的編碼器;而在存在顯著振動的場所，則應(yīng)挑選那些耐振動性能更強的編碼器，以確保其能夠穩(wěn)定、可靠地工作。

? 輸出信號類型

編碼器的輸出信號類型多種多樣，如脈沖信號、模擬信號及數(shù)字信號等，每一種都各有適用范圍。在挑選編碼器時，務(wù)必關(guān)注其輸出信號是否與您的控制系統(tǒng)相契合。有些控制系統(tǒng)可能僅能兼容某種特定信號，因此，確保編碼器的輸出信號能與控制系統(tǒng)順暢連接至關(guān)重要。

? 安裝方式與空間考量

編碼器的安裝方式對其性能產(chǎn)生顯著影響。常見的安裝方式包括軸聯(lián)接和法蘭連接等。在挑選過程中，需依據(jù)設(shè)備的實際結(jié)構(gòu)及可用空間來做出明智的選擇。此外，編碼器的尺寸和重量也是不可忽視的因素，它們將直接影響編碼器的安裝和維護的便捷性。

04知名品牌與供應(yīng)商市場上編碼器品牌眾多，但品質(zhì)與技術(shù)支持卻大相徑庭。挑選知名品牌，往往能確保產(chǎn)品的高品質(zhì)與周到的售后保障。優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)商更能提供迅速的技術(shù)支持和維修服務(wù)，從而保障編碼器的持續(xù)穩(wěn)定運行。

? 權(quán)衡性價比

在確保編碼器具備優(yōu)良質(zhì)量和性能的前提下，我們還需要綜合考慮其性價比。由于市場上不同品牌和型號的編碼器在價格上可能存在顯著差異，因此，在做出選擇時，必須全面衡量價格、性能以及售后服務(wù)等多個方面，以便選出最符合自身需求的編碼器產(chǎn)品。

在自動化控制系統(tǒng)中，步進電機和編碼器是不可或缺的組件。步進電機能夠?qū)崿F(xiàn)精確的角度轉(zhuǎn)動，而編碼器則用于反饋位置信息。那么，如何合理地選取步進電機和編碼器呢?

一、編碼器類型選擇：增量式與絕對式的權(quán)衡

步進電機搭配編碼器時，首先需明確編碼器類型。增量式編碼器(如1000線/轉(zhuǎn))成本較低，適合短距離重復(fù)定位場景，但斷電后需重新校準;絕對式編碼器(如17位單圈分辨率)可直接讀取位置信息，適用于高精度或安全關(guān)鍵型應(yīng)用(如醫(yī)療設(shè)備)，但價格較高。根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)(來源：IEEE《電機控制技術(shù)手冊》)，工業(yè)自動化領(lǐng)域80%的中低精度場景選擇增量式編碼器，而半導(dǎo)體設(shè)備等高端應(yīng)用則傾向絕對式。

二、關(guān)鍵參數(shù)匹配：分辨率與電機步距角

編碼器分辨率需與步進電機步距角協(xié)同設(shè)計。例如：

- 1.8°步距角電機(200步/轉(zhuǎn))：建議搭配1000-5000 PPR(脈沖每轉(zhuǎn))的編碼器，可實現(xiàn)±0.036°的理論精度(計算公式：步距角÷編碼器細分倍數(shù))。

- 0.9°步距角電機(400步/轉(zhuǎn))：需選擇2000-10000 PPR編碼器以發(fā)揮高細分優(yōu)勢。

若分辨率不足(如僅500 PPR)，會導(dǎo)致微步控制效果差;過高則可能超出控制器處理能力。

三、安裝與接口的工程適配

1. 機械兼容性：

- 軸套式編碼器適合空間受限場景(如機器人關(guān)節(jié))，但需確保軸徑匹配(常見6mm/8mm)。

- 法蘭式編碼器安裝更穩(wěn)固，適用于振動環(huán)境(如CNC機床)。

2. 信號輸出協(xié)議：

- TTL/HTL差分信號抗干擾強，適合工業(yè)現(xiàn)場(傳輸距離≤20米)。

- SSI或BiSS-C串行協(xié)議適合高速閉環(huán)系統(tǒng)(波特率可達10MHz)。

四、環(huán)境適應(yīng)性附加考量

- 溫度范圍：標準編碼器工作溫度為-10℃~70℃，工業(yè)級可達-40℃~85℃(參考IEC 60068-2標準)。

- 防護等級：IP54適用于普通車間，IP67以上可用于粉塵/噴水環(huán)境(如食品加工設(shè)備)。