旋转编码器 旋转编码器（rotary encoder）也称为轴编码器，是将旋转位置或旋转量转换成模拟或数字信号的机电设备。一般装设在旋转物体中垂直旋转轴的一面。旋转编码器用在许多需要精确旋转位置及速度的场合，如工业控制、机器人技术、专用镜头、计算机输入设备（如鼠标及轨迹球）等。旋转编码器可分为绝对型（absolute）编码器及增量型（incremental）编码器二种。增量型编码器也称作相对型编码器（relative encoder），利用检测脉冲的方式来计算转速及位置，可输出有关旋转轴运动的信息，一般会由其他设备或电路进一步转换为速度、距离、每分钟转速或位置的信息；绝对型编码器会输出旋转轴的位置，可视为一种角度传感器。
“编码” 是一种数学模式，是指信息传递中将信息编排送出（Encode），接收端收取编码、解码后获取信息（Decode）。
现代编码的数学模式是 0 和 1（有和无、通和断、长音和短音，高电平和低电平，等等）。例如：航海中的两船相遇的旗语、灯语，无线电发报的摩尔斯编码（长短音）；再例如：音频编码器的 CD 唱片与唱机，视频编码器的 DVD、蓝光与高清电视...等等。
而旋转编码器就是要把当前的角度信息或旋转的角度变化信息“编码”送出。
相对型旋转编码，是指需要两次以上的编码信息与输出，通过两次以上的编码信息的比较，获得相对变化的角度值，也叫增量编码器。这种编码角度信息必须有转动才会有信息变化与累加，就好比 CD 唱片必须有转动才会有声音。当前的角度值是要经过前面历史信息的比较与累加、记忆才能获得。
绝对型旋转编码是指不需要读两次以上的变化信息，无需比较与累加，绝对值是与历史信息无关的，可以直接一次性读取到当前的角度位置值。相对型的编码是“变化的角度量”，包括内部和外部的计数器计数累计与记忆，与历史计数有关系；绝对值的编码是“直接的当前角度值”，与历史计数无关。
相对型增量式编码器的编码方式是什么？
增量编码器通过输出每圈的脉冲数（PPR）对一个 360° 圆周分割，也称为分辨率。每个脉冲周期的变化代表了一定角度变化，这样预先分割角度到每个周期并读取计数周期变化的方式为“增量编码”，增量编码器输出一般是 A、B、Z 三相信号，A 和 B 的输出相差 1/4 个周期，正转是 1/4 相差，而反转是 3/4 相差，以此可以判断编码器的正反转；Z 相是每圈仅提供一个位置脉冲，以此可以设定零位值。
什么是绝对值数字编码？
以传感器内部信号获得的有和无，电学的高低电平作为 1 和 0 的编码，有 N 位的 0、1 编码（也称为二进制编码）组成的绝对值编码。数字式编码的有和无，对于各种微动因素的干扰引起的大小变化不敏感，为此抗干扰性强。目前越来越多的应用采用绝对值编码器。
绝对值数字编码的方式有哪些？
十进制码
日常生活中，我们的数字是 0～9，逢十进一，这称为“十进制”数字编码；
因 10 进制编码需要用十个阶梯的分布物理量，物理实现较不方便，编码器中很少用此编码。
纯二进制码
现代电子数字编码，一般都以通断（明暗）代表 0、1，有多位数 2 的 N 次方构成编码，最简单的就是纯二进制编码 BIN，变化的数字就是 0 和 1，逢二进一，这称为“纯二进制”数字编码，计算机电子应用中较多以此为编码。
16 进制码
以二进制 4 位一组向十进制解码 0～15，但是 10 以上不以两位数表示，而是以 A～F 表示，如 10 为 A，15 为 F，这是 16 进制的编码，便于数据寄存及辨识。
BCD 码
十进制每一位分解解码到二进制码的4位一组十个数，其 BCD 码向十进制解码后只有 0～9，而无需再考虑十进制的进位问题，一般用于人眼习惯的 7 段数码显示管。
格雷码
格雷码是二进制编码的一种，其特征是每一次递增（或递减）一个字变化，所有位数上只有其中一位发生了改变（0 与 1 的变化），并且数据终点循环到起点同样遵循这个原则，这样在一个字的变化过程中，只有一位数发生跳变，数“能”变化量最小，出错概率最低。特别适合于绝对值编码器的多码道同步读取或多位数同步输出（并行输出）中，也适合在通讯传输中。
格雷余码
二进制编码中大部分是 2 的幂次方编码，编码总数也是 2 的幂次方，如 8 位的 256、10 位的 1024 等，在编码器的角度计算中，在角度计算中无法整除取整，有时要用到角度的整数，为此有格雷余码，在格雷码的数码中去除一部分，余下一部分编码使用，因此也称为“余格雷码”，例如 180、360、720 个编码的“余格雷码”。格雷余码向十进制解码后的十进制数不从 0 开始，需要“补码”。
其他编码
在通讯传输中，还有一些不常见的编码，是上述编码形式的变异或组合，例如曼切斯特编码等，这里就不一一叙述了。
多圈绝对值编码器的编码
绝对值多圈编码器，就是在其测量范围内，不仅仅在单圈 360° 内有“绝对值编码”，而且在超过 360° 后仍然有不依赖于计数的多圈数值的唯一绝对编码。其一般与钟表式的分针、时针原理相似。
绝对值多圈编码器的数值读取必须与历史无关，不存在是否有记忆、是否有电池的问题。通电读取或不读取，停电记忆或不记忆，电池有或没有，绝对值编码的数据都在那里。如果编码器是通过内部或外部的计数器累加计数的，输出编码值与历史计数有关系，一旦历史关系丢失或出错，信息也将错误，就不能称为“绝对值”的多圈编码器，无论其是否有电池。
多圈绝对值编码器以“单圈位数 x 多圈圈数（或位数）”的方式表示其分辨率和测量圈数行程，多圈常用的是 4096 圈，少量可以达到 16384 圈、65536 圈（16 位）。
编码器技术之权衡
在很多电机应用中，轴位置、方向以及速度都是关键信息。设计工程师可以选择轴位编码器，以实时提供这些关键信息。
在多数运动和电机控制设计中，电机轴的位置、方向和速度都是关键信息。对于无刷直流 (BLDC) 电机而言更是如此，此类电机具有优异的效率和可控性，应用范围在不断扩大，但其需要系统控制器准确的“知道”应在何时激励和去激励电机线圈以维持正常旋转。
轴位编码器可用来实时确定电机参数。此类编码器是一种机电元件，可将轴的旋转转换为电信号，再将电信号反馈到电机控制器形成闭环回路。系统就是通过这种方式控制电机轴的位置、速度、速度曲线和转矩，同时还能监控停转或其他故障。在确定了电机轴的位置和方向后，此元件可通过模拟电路或数字过程确定电机轴的速度，甚至是加速度。（请注意，速度是位置对时间的导数，而加速度是速度对时间的导数）。有些场合，会将编码器安装在远离运动传动装置处，这样便会产生一系列敏感性问题，如背隙、溅液、弯曲及其他需要在设计时考虑的机械类问题。
虽然检测电机位置是一个比较简单的概念，但在实际应用中还存在一些难题（从适度的摆动到启动/停止操作的影响），这是因为多数电机的操作环境比较恶劣所致。而且，用户对于精度、分辨率、牢固性及成本的要求也各不相同。
请注意，并不是所有的电机都需要编码器。在洗衣机滚筒等对位置或速度精度要求不高的场合，可使用“无传感器”电机控制。
为满足上述各类需求，通常可采用基于光学式、磁式（也称为旋转）和电容式原理的三类编码器技术。这三类都是非接触式器件，因此也就消除了较简单的接触式有刷编码器可能会发生的摩擦或磨损问题。
分辨率是需要注意的主要编码器参数。标准编码器的分辨率为48 - 2,048ppr，虽然较高的ppr值能提供更高的精度，但需要的编码器也更贵，从而将加重闭环回路的系统控制器或数字处理器的计算和处理负担。与所有高分辨率器件一样，由于轴位中有噪声、振动或抖动，过高的精度可能会产生不利的影响。编码器输出进入电路，进而将原始信号转换为有用的格式和数据，之后再送入系统控制器。在有些场合，转换是由系统控制器本身完成的。
光电编码器采用玻璃或塑料圆盘（“码盘”），周边有两组缺口。LED光源和光检测器位于码盘的相对面。当码盘旋转时，透光/不透光缺口形成脉冲，指示旋转位置和方向。光电编码器通常需要一个20到40 mA的低压直流电源。
有些光电编码器只有光学部分，而由用户提供实际的码盘；也有一些供应商将码盘作为选件提供，较大的码盘便于实现较高的分辨率。编码器与码盘在安装布局和对齐时需要特别小心，码盘的中心孔必须调整为适合电机轴的尺寸。
光电编码器随被广泛使用且相当成功，但也需要满足应用的严格要求。安装环境中通常会充斥着污垢、油污及其他污染物，这些都可能会干扰码盘、缺口以及编码器输出。此外，LED亮度会在10,000到20,000小时（大约1到2年）内减少一半，最终熄灭。有些光电编码器采用塑料码盘以求降低成本，但这类码盘在高温环境下可能会变形（这是很多工业电机安装时常见的现象），因此可能需要使用成本更高且更易碎的玻璃码盘。但无论如何，光电编码器的小尺寸、低成本以及众多的供应商和型号，使其成为设计人员的首选。
电磁或旋转编码器采用一对特殊的类变压器绕组，其初级绕组位于轴上，次级绕组为周围的接收绕组。此类编码采用正弦波激励初级绕组，以在次级侧产生正弦输出，所得输出将根据初级侧波形进行解调。两个波形间的相位差表示轴相对于固定绕组的位置。Ams的AS5145 12位可编程磁旋转编码器就是这类非接触式磁性编码器，作为一款片上系统，它在单颗器件内整合了集成霍尔元件、模拟前端及数字信号处理功能，同时还配备了可用的评估/演示板。
作为基本变压器绕组，采用这类设计的编码器坚固耐用、可靠，并且可以在宽温范围内保持一致性，但它需要激励和解调电路，因此需要的电源要高于光电编码器。而且相对于光电编码器，此类编码器的成本和尺寸相对来说也更高、更大，安装时也必须要考虑需要容纳两组绕组。但从另一方面来说，这类编码器是“完整”的，不需要单独提供码盘或类似的配件。
第三种类型是电容编码器，采用了标准线性位置编码器的电容感应工作原理，这是30多年前为游标卡尺而开发的。电容编码器采用杆状或线状形式，一个位于固定元件上，另一个位于活动元件上，构成配置为发射器/接收器对的可变电容。当轴旋转时，编码器中的ASIC电路会对线条变化进行计数，还会进行插值运算以确定编码器位置和旋转方向。这种技术不会受到灰尘、污垢或温度的影响，也没有LED变暗或熄灭问题，而且工作电流低于10 mA。
除了光电、磁性和电容编码器之外，霍尔效应传感器也可用于轴位编码。虽然霍尔效应传感器高效且可靠，但是它们通常仅适用于以相对低的精度/分辨率确定轴位置的场合，例如指示传动轴上的齿轮道。
在日常工作中，旋转编码器操作规程直接关系着能否安全生产，旋转编码器在安全操作中要注意的规程有哪些：
1、检查旋转编码器门是否密封。工作前五分钟，须开动通风除尘设备，通风除尘设备失效时，禁止旋转编码器工作。
2、工作前必须穿戴好防护用品，不准赤裸膀臂操作旋转编码器。
3、旋转编码器应与工作要求相适应，一般在十至二十号之间适用。
4、旋转编码器工作时，禁止无关人员接近。清扫和调整运转部位时，应停机进行。
5、不准用旋转编码器压缩空气吹身上灰尘。
6、工作完后，旋转编码器通风除尘设备应继续运转五分钟再关闭，以排出室内灰尘，保持场地清洁。
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