编码器（encoder）是将电脉冲信号转变为相应的数字信号的器件。它是利用光电元件检测光敏半导体材料受光照后的导通情况，将脉冲转换成与输入量成正比的模拟信号的一种换能器件。编码器的种类很多，按工作原理可分为绝对型、增量型和混合型三大类。

编码器的工作原理

编码器的工作原理可以分为以下几个步骤：

信号采集：编码器通过传感器(如光电编码器、磁电编码器等)将输入信号转换为电信号。传感器会将连续的物理量(如位移、速度、加速度等)转换为电压或电流的变化。

信号处理：经过信号采集后，电信号需要进行一定的处理以便于后续的计算。这个过程可能包括滤波、放大、数字化等操作。滤波可以去除噪声，放大可以提高信号强度，数字化则将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号。

数据输出：经过处理后的电信号会被发送到计算机或其他控制器。这些数字信号表示输入信号在时间或空间上的变化。例如，对于一个旋转编码器，每个数字表示输入轴的一个特定角度。

数据分析与控制：接收到编码器输出的数字信号后，控制系统会对这些数据进行分析和处理。根据所需的控制目标，控制系统可能会调整输出信号来实现期望的运动或位置。例如，在一个机器人系统中，编码器可以帮助控制系统检测关节的位置和速度，从而实现精确的运动控制。

电机常用的编码器

增量型编码器

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°，可方便地判断出旋转方向；Z相每转一个脉冲，用于基准点定位。

其优点：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。

缺点：无法输出轴转动的绝对位置信息。

绝对值型编码器

直接输出数字量的传感器，传感器圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，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出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。

电机编码器技术的未来发展趋势

Rockwell1关于伺服驱动器、编码器和编码器通信端口的研究表明，用于反馈通信的收发器每年增长20%。支持通过两条线（IEEE 802.3dg标准100BASE-T1L）1进行100 Mbps通信的单对以太网(SPE)收发器目前正在研究中，未来的编码器驱动接口将受益于低延迟，目标性能为≤1.5 µs。这种低延迟将支持更快的反馈数据采集和更短的控制环路响应时间。

对机器人和旋转机器（例如涡轮机、风扇、泵和电机）实施的状态监控会记录与机器的健康和性能相关的实时数据，以便针对性地实施预测维护和优化控制。在机器生命周期的早期进行针对性的预测维护，可以减少生产停机的风险，从而提高可靠性、显著节约成本和提高工厂的生产率。将MEMS加速度计放置在编码器中可提供机器的振动反馈，这适合质量控制至关重要的应用。将MEMS加速度计添加到编码器中会很方便，因为编码器具有现成的布线、通信和电源，可以向控制器提供振动反馈。在数控(CNC)机床等一些应用中，从编码器发送到伺服器的MEMS振动数据可用于实时优化系统性能。

使用CbM并结合稳健且寿命更长的位置传感器，可以延长工业资产的使用寿命。磁传感器产生指示周围磁场角位置的模拟输出，可以代替光学编码器。磁编码器可用于湿度较高、污垢严重和灰尘较大的区域。这些恶劣的环境会影响光学解决方案的性能和使用寿命。

对于机器人和其他应用，必须始终清楚机械系统的位置，哪怕在断电的情况下也要明确知晓。标准机器人、协作机器人和其他自动化装配设备在运行过程中突然断电后，需要重新归位并初始化电源，这些停机时间会带来一定的相关成本并导致效率低下。由ADI公司开发的磁性多圈存储器2不需要外部电源也能记录外部磁场的旋转次数，因而可以减小系统尺寸并降低成本。

对于机器人和协作机器人，电机编码器和关节编码器通常需要16位至18位ADC性能，在某些情况下需要22位ADC。有些光学绝对位置编码器也需要高达24位分辨率的高性能ADC。

伺服电机编码器如何选？

在选择伺服电机编码器时，需要考虑多个因素，例如精度、分辨率、速度、稳定性、可靠性等。以下是一些常见的伺服电机编码器类型及其特点：

（1）光电编码器：光电编码器具有高精度、高分辨率、高速度等特点，适用于对位置和速度要求较高的应用场景。但是，光电编码器价格较高，不太适合低成本应用。

（2）磁性编码器：磁性编码器具有高精度、高分辨率、抗干扰能力强等特点，适用于工业自动化领域中对位置和速度要求较高的应用场景。同时，磁性编码器价格相对较低，性价比较高。

（3）共轴编码器：共轴编码器可以直接安装在伺服电机轴上，具有结构简单、安装方便等特点，适用于空间受限或要求紧凑的应用场景。但是，共轴编码器的精度和分辨率相对较低，不太适合对位置和速度要求较高的应用。

综上所述，磁性编码器是一种性价比较高的伺服电机编码器类型，具有高精度、高分辨率、抗干扰能力强等特点，适用于工业自动化领域中对位置和速度要求较高的应用场景。