2、编码器有哪些种类？

3、编码器的主要指标参数与各自的含义是什么？

4、分辨率、位置精度和重复精度三者之间的区别和联系是什么？

6、哪种场合下需要使用差分信号编码器？差分信号的优势是什么？

7、绝对式和增量式编码器区别是什么？

8、编码器的寿命是多少？使用中有哪些注意事项？

反馈信号可以是模拟量或数字量。其中模拟量包括模拟电压、电流甚至电容电感，还有方波脉冲等等；数字量则是通过总线传递的报文帧。

这个问题比较笼统，因为编码器可以有多种分类方式。从编码原理上可以分为电容式、电感式、磁电式和光电式等。其中微型直流伺服系统中常用的为磁电和光电式编码器。

左图上方为光电式编码器示。发光二极管A和光线传感器B分列码盘两侧。A持续发光，而B在受到和未受到A照射的时候，分别处于关断和导通状态。

当码盘上的开孔对准A和B时，B受到A的照射而导通；开孔错开A和B时，A的发光被遮挡、B不能接收而呈关断状态。码盘旋转时，光线被周期性遮挡，B因此在关断和导通状态间交替切换，该信号通过电路处理，最后形成方波或其它格式的信号输出。

左图的光电编码器为遮透式结构，反射式结构的原理与此类似，只不过光线的发送和接收器件集成在一起，光栅从遮挡和透过光线，变成了吸收和反射光线。

磁电式编码器则是通过霍尔传感器，探测旋转磁场的变化并通过电路处理来输出信号。

如果从输出方式来划分，则可分为增量式和绝对式编码器（参阅问题7），按信号格式划分则可分为正交和总线信号（参阅问题3）。

其余参数多和编码器的信号格式有关。对于正交信号输出的增量式编码器，有下列主要参数：

分辨率：指电机每转动一圈，编码器可输出多少个信号，多为2ⁿ或50的整数倍。分辨率n和电机转速的关系如下：

电机转速（rpm）=编码器信号频率（Hz）×60/n

截止频率：由上可知，编码器信号频率和电机转速成正比，当信号达到截止频率时，已无法区分高低电平，也就无法得出转速值了。因此，截止频率对应着所能支持的电机最高转速。

总线输出的编码器同样有分辨率的概念，但转速是根据报文帧的周期和其中包含的位置信息计算得出的。其它独有的参数指标包括：

协议和接口类型：多为同步串口（SSI），协议则有多种，直流伺服系统所用编码器目前用得最多的时Biss-C协议。

时钟频率：报文帧的传输需要时钟信号来控制“节拍”，通常在数百kHz到数MHz的范围内。

此外，两种信号格式的编码器都支持差分输出，相关说明请参阅问题6。

分辨率：可理解为位置刻度的密度。刻度越密集，能定义的位置点就越多。特别注意：编码器标称的分辨率通常都是插值算法的结果，它不能反映定位精度。和定位精度有关的是码盘的物理分辨率。详情可参阅问题5。

位置精度：指位置点的指示值与物理值的最大角度误差。假定编码器指示值的12点，最大偏到了物理位置1点，则该编码器的定位精度就是30°。位置精度越高说明刻度的分布越均匀。

重复精度：如果充分多次运动到编码器指示值的12点，实际都在物理位置12:30到1点区间内，则重复精度就是15°。重复精度一般都高于位置精度，应用中最关注的，往往也是重复精度指标。

实际的定位精度还和编码器的安装工艺有关。

但事实上，编码器所标称的通常为插值分辨率，为码盘物理分辨率的N倍。而插值只是提升了分辨率，无法改变物理分辨刻度的均匀度，因此并不能提升定位精度。打个比方：如果刻度尺的厘米刻度（对应物理分辨率）误差已经超过1mm，那么再对毫米刻度进行细分（对应插值分辨率），并不能提高刻度尺的精度。

过高的插值倍数还会降低信号质量，加大控制器的运算负担。

目前，市面上绝大多数的磁电式编码器的码盘都是磁环而非多极磁铁。在驱动器的四倍频增强下，同时考虑到速度采样需求，一般分辨率选择1,024~4,096线就已足够。需更高定位精度时，建议优先考虑光电式编码器。

差分技术有效地降低了共模干扰对信号畸变所带来的影响。所谓共模干扰，是指同一干扰源对各路信号同时的干扰。如果将两路信号分开布线，同一干扰源对它们的干扰影响可能会不同，这就不是共模干扰了。

通常，当编码器信号线长度超过0.5m时，就推荐使用差分信号，它所带来的成本增加，和使用屏蔽线相差不大。而5m以内长度的距离，差分信号使用双绞线即可。当然，更长的距离也应使用屏蔽线。编码器的屏蔽线，屏蔽层应该在靠近编码器一侧单端接地。

任何时候，编码器的信号线均不可与电机动力线一起屏蔽。

显然，伺服系统更多的时候需要以物理位置为参照。对于使用增量式编码器的系统，往往需要在开机时执行一套动作来回到标定的系统零位。

绝对编码器又分为单圈和多圈，单圈只对自身360°内的位置值有记忆，多圈相当于带日历功能的手表，不仅能记忆角度，还能记忆圈数。

在持续通电的情况下，增量和单圈或多圈绝对编码器没有区别。绝对式编码器虽然更适用，但不易做到小尺寸，特别多圈绝对值编码器，很难有封装外径16mm以下的产品。40mm以内的绝对编码器往往需要附加电池来记忆圈数，新兴的韦根技术无需电池，但价格更贵。

光电式编码器薄如蝉翼的码盘抗震性差；磁电式编码器对磁场较为敏感。抛开这些先天性短板，尚有如下易损因素：

静电敏感：尤其是磁电式编码器，如果没有静电防护措施或不到位，易发生静电击穿的损坏；

电缆纤细：易受机械外力导致的损坏，例如拉拽、过度扭曲或弯折等。如果损坏位置靠近出线的根部，很难维修。此外，微型编码器往往和电机结合一体无法拆分，所以编码器一旦损坏，有可能会连同电机一起报废。