增量式编码器与绝对式编码器的区别

来源：杰特仕光电传感器

概述

编码器有两种方式检测位移和位置信息：相对位置检测与绝对位置检测。相对位置的检测方法为增量式，绝对位置的检测方法包括绝对式和伪绝对式。相对式和绝对式各有优缺点，建议大家根据“测量目的”正确选用。

用什么样的电信号来表示位置信息

Fig.1 将旋转运动转换为角度信息的过程

在第二部分中，我们解释了检测位移与位置的方法分为四种类型。编码器有两种方式检测位移与位置信息：相对位置检测和绝对位置检测，并且编码器输出的电信号形式是不同的。相对位置：移动过了的角度或位移;绝对位置：当前位置与原点位置的距离。

检测相对位置的增量式

检测从一个位置到下一个位置的移动量称为相对式编码器。与地图进行类比，是一个相对位置检测类型，解释为“如果你在这条道路上向前走100米，向右走30米，然后就可以找到一家便利店”。相对位置检测的编码器根据位移距离输出脉冲信号，这种输出方式称为增量式。让我们以第二部分中讨论的光电编码器为例。当一个在径向上带有狭缝(孔)的圆盘旋转时，光电编码器产生脉冲。计算脉冲的数量可以看出圆盘的角度变化(运动)。当4个狭缝排列在整个圆周时，每旋转一圈的脉冲数为4个，因此可以看出1个脉冲旋转了360°/4=90°;如果狭缝数量增加到8个，则一个脉冲旋转360°/8=45°。如果狭缝的数量越多，即每旋转一圈产生脉冲的数量越大，角度变化的分辨率就越高，运动就能表现得越精细。

Fig.2a 4-狭缝增量式编码器

Fig.2b 8-狭缝增量式编码器

但是，该方法不能识别旋转方向的变化。因此，使用2个相位差为90°e的脉冲来解决这个问题，这2个脉冲通常被称为A相脉冲和B相脉冲，旋转方向可以根据A脉冲或B脉冲哪个先出现上升沿来确定。通过减去反向旋转的脉冲数，即使过程中旋转方向发生变化，也可以准确地确定旋转量。

Fig.3a 顺时针旋转AB脉冲波形

Fig.3b 逆时针旋转AB脉冲波形

检测绝对位置的绝对式

直接检测距离起始位置有多远的编码器称为绝对式编码器。与地图进行类比，绝对式编码器可以直接告诉你在“上海市浦东新区人民路22弄”有一家便利店。绝对式编码器响应来自微控制器的指令，以串行数据或电压作为输出传输位置信息，这种输出方式称为绝对式。我们再次以光电编码器为例，增量式编码器只有一排狭缝，而绝对式编码器则有多排狭缝。例如，如果有4排狭缝，可以用二进制码表示出从0000到1111的16个角度的绝对位置;如果有5排狭缝，则可表示出从00000到11111的32个不同角度;通过将狭缝增加到8排，你可以看到从00000000到11111111的256个不同角度的绝对位置。随着狭缝排数的增加，角度变化的分辨率也会增加，可以更精细地表示移动的角度。

Fig.4a 4排狭缝的绝对式编码器

Fig.4b 5排狭缝的绝对式编码器

Z脉冲信号检测绝对角度的伪绝对式

绝对位置也可以用增量的方式来表示。该方法在产生A、B相脉冲狭缝的基础上，只增加1排狭缝(也只增加1个)，并且每旋转一圈只产生1个单脉冲，这个脉冲被称为Z(Zero)脉冲。伪绝对式是一种通过检测Z相脉冲的旋转量来检测绝对位置的方法，Z相脉冲是A相和B相脉冲的起始位置。

Fig.5a 顺时针旋转ABZ脉冲

Fig.5b 逆时针旋转ABZ脉冲

增量式和绝对式的优缺点增量式编码器和绝对式编码器各有利弊。检测相对位置的增量式编码器只有一排狭缝(伪绝对式为两排)，因此可以用更低的成本制造码盘。但是，检测绝对位置的绝对式编码器，狭缝是多排的，所以如果想要增加角度变化的分辨率，那么码盘的制造成本将是昂贵的。如果在断电后重新启动，绝对式可以检测到重新启动时的位置。但是在使用增量式和伪绝对式的情况下，由于累计角度已经被删除，无法检测到重启时的位置。另外，由于信号传输系统的原因，绝对式也是有利有弊。在绝对式编码器中有两种输出方式，一种是将二进制码作为数字信号输出;另一种是将二进制码转换为模拟电压并输出。此外，对于数字信号也是有两种输出方式的，一种是并行输出，通过多个信号线从多个狭缝中得到的二进制代码原样输出;另一种是串行输出，使用一个信号线传输，同时将并行输出的多个信号转换为串行数据，并随时间顺序依次传输。

Fig.6 角度信息、数字输出信号的二进制编码和模拟输出电压之间的关系

Fig.7 并行输出信号和串行转换输出信号

数字信号在传输过程中具有抗噪声能力强的优点。然而，并行输出的缺点是增加了信号线的数量，由于串行输出需要时间通信，所以如果电机旋转运动时，输出的位置信息可能偏离当前位置。模拟信号具有无时延、只需一条信号传输线的优点，但其缺点是在传输过程中容易受到噪声的影响。如上所述，相对式编码器和绝对编码器各有优缺点，一定要根据应用情况选择检测类型。例如，检测电机轴或机器人手臂的旋转角度是需要绝对的角度，检测电机的转子磁极则只需要相对的角度。建议您根据“检测目的”来选用增量式编码器或绝对式编码器。

总结

编码器有两种方式表示位移和位置信息：相对位置检测与绝对位置检测。相对位置的检测方法为增量式，绝对位置的检测方法包括绝对式和伪绝对式。相对式和绝对式各有优缺点，建议大家根据“测量目的”正确选用。

审核编辑：汤梓红