https://sensor.fans/wiki/basics/Recent content in 编码器基础知识 on 如是有为HugozhSat, 24 Oct 2026 00:00:00 +0000https://sensor.fans/wiki/basics/what-is-an-encoder/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/what-is-an-encoder/<p>电机接到转动指令，不代表轴已经转到目标位置。编码器把轴或直线滑台的位置转换为电信号，让控制器知道实际走到了哪里。控制器据此计算位置偏差；连续读取位置，还能估计速度与方向。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/absolute-incremental/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/absolute-incremental/<p>增量输出告诉控制器“又走了几步”；绝对输出告诉控制器“当前在测量范围的哪个位置”。区别在位置信息如何建立，不能只看接口插头或输出位数。</p> <figure class="basic-figure"><img src="https://sensor.fans/images/basics/incremental-position.webp" alt="增量位置图：从参考标记建立基准，再累计到当前位置的计数" loading="lazy"><figcaption>按雷尼绍增量位置图重绘：重复刻线提供位移变化，参考标记用于建立基准。图中直线尺说明的信息关系同样适用于旋转计数。<a href="https://www.renishaw.com.cn/zh/introduction-to-encoder-systems--47256" target="_blank" rel="noopener">原理图来源 ↗</a></figcaption></figure> <h2 id="增量位置怎样建立">增量位置怎样建立</h2> <p>以旋转AB输出为例，控制器根据两路信号的状态变化累加或减小计数。已经有参考位置时，后续计数便可换算为角度。首次启动、计数器复位或掉电丢失计数后，需要重新建立参考。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/singleturn-multiturn/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/singleturn-multiturn/<p>单圈编码器描述一圈内的位置。轴从30°转到390°，单圈结果仍是30°。多圈系统需要同时给出圈内角度和圈数，才能区分这两个机械位置。</p> <h2 id="总位置由两部分组成">总位置由两部分组成</h2> <p>设圈数为 <span class="katex"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><mrow><mi>k</mi></mrow><annotation encoding="application/x-tex">k</annotation></semantics></math></span>，圈内角度为 <span class="katex"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><mrow><mi>θ</mi></mrow><annotation encoding="application/x-tex">\theta</annotation></semantics></math></span>，在定义好零点和正方向后：</p>https://sensor.fans/wiki/basics/resolution-accuracy/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/resolution-accuracy/<p>一颗编码器可以输出很细的数字，同时存在很大的角度偏差。比较产品时，需要把数字刻度、离真值的偏离和重复读数的离散程度分开。</p> <h2 id="分辨率数字能分成多少格">分辨率：数字能分成多少格</h2> <p>对均匀覆盖一圈的N位输出，名义步距为：</p>https://sensor.fans/wiki/basics/angle-noise/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/angle-noise/<p>轴固定不动，角度读数仍会波动。传感器前端、电源干扰、量化和机械微振动都能进入结果。要比较两颗器件的噪声，先让它们处在相同的采样、滤波和机械条件下。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/latency/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/latency/<p>主控每10 μs收到一帧，并不代表角度只滞后10 μs。数据可以更新很频繁，但每帧仍来自更早的采样；内部滤波也能让变化后的读数慢慢跟上。</p> <h2 id="先把三个时间概念分开">先把三个时间概念分开</h2> <table> <thead> <tr> <th>指标</th> <th>它描述什么</th> <th>不能直接推出什么</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>更新率</td> <td>每秒产生多少次新结果</td> <td>每个结果相对运动的延迟</td> </tr> <tr> <td>延迟</td> <td>指定输入事件到指定输出事件的时间差</td> <td>所有频率下的跟踪能力</td> </tr> <tr> <td>带宽</td> <td>对不同频率变化的幅值与相位响应</td> <td>一次接口读操作耗时</td> </tr> </tbody> </table> <p>手册的“延迟”起止点也不同：采样锁存到数据可读、磁场变化到角度输出、串行读请求到帧完成，含义不能混用。流水处理中的不同环节可以重叠，不能不看时序就把所有周期相加。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/magnetic-encoder/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/magnetic-encoder/<p>磁编码器读取的是磁场提供的位置特征。一个常见轴端方案把径向充磁的双极磁体固定在轴上，读头留在定子侧。轴转动时，传感器位置处的磁场方向随之变化。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/optical-encoder/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/optical-encoder/<p>光电编码器用光读取码盘或光栅尺上的位置图案。图案随被测件运动，探测器接收的光分布发生变化，电子电路再从中提取位移或位置。</p> <figure class="basic-figure"><img src="https://sensor.fans/images/basics/optical-reflective.webp" alt="参考雷尼绍RESOLUTE光学示意重绘：保留反射式光路和部件关系，仅改变视觉风格。示意图不代表所有光电编码器结构。" loading="lazy"><figcaption>参考雷尼绍RESOLUTE光学示意重绘：保留反射式光路和部件关系，仅改变视觉风格。示意图不代表所有光电编码器结构。 <a href="https://www.renishaw.com.cn/zh/how-renishaw-optical-encoders-work--36979" target="_blank" rel="noopener">原理图来源 ↗</a></figcaption></figure> <h2 id="透射与反射改变的是光路">透射与反射改变的是光路</h2> <p>透射式让光穿过码盘的透明区域，光源和探测器位于码盘两侧。反射式利用不同区域的反射特征，光源与探测器可以位于同一侧。具体结构还可加入透镜、掩模和探测阵列。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/inductive-encoder/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/inductive-encoder/<p>一类PCB电感位置传感器由发射线圈、接收线圈、接口芯片和导电靶片组成。靶片不必是永磁体，位置变化通过线圈之间的电磁耦合进入测量结果。</p> <h2 id="为什么金属靶能改变读数">为什么金属靶能改变读数</h2> <p>发射线圈由交流信号激励，产生交变磁场。附近导电靶片中形成涡流，涡流产生的次级磁场改变接收端的耦合信号。靶片相对线圈的覆盖位置变化，接收信号随之改变。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/mounting/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/mounting/<p>“在轴”与“离轴”首先描述读头相对旋转轴的位置。磁体充磁、敏感轴、码环结构和解算方式还需要单独说明。读头移离轴心后，通常必须重新确认信号轨迹和适用算法。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/abz/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/abz/<p>AB两路数字信号通常相差四分之一周期。控制器观察哪一路先变化，判断运动方向；累计有效边沿，得到位移。Z是参考索引，常用于建立或核对位置基准。</p> <h2 id="方向来自状态顺序">方向来自状态顺序</h2> <p>下面把状态写成“A、B”的二进制组合。规定一种方向为：</p>https://sensor.fans/wiki/basics/interfaces/Fri, 16 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/interfaces/<p>“支持串行绝对值输出”还不足以决定两端能否连接。协议定义怎样交换数据，电气层决定信号怎样沿引脚或线缆传输；相同数量的线不代表兼容。</p> <figure><img src="https://sensor.fans/images/editorial/chromeos-signals-20261018.webp" alt="工程师比较控制器、芯片和信号的概念插画" width="1536" height="1024" loading="lazy"></figure> <h2 id="三种接口先看什么">三种接口先看什么</h2> <table> <thead> <tr> <th>接口</th> <th>常见读取方式</th> <th>接入前必须确认</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>SPI</td> <td>主控用片选和时钟交换器件定义的帧</td> <td>时钟模式、命令、帧长、流水返回与校验</td> </tr> <tr> <td>SSI</td> <td>主控提供时钟，读出位置码</td> <td>锁存时刻、码长、二进制/格雷码及帧间隔</td> </tr> <tr> <td>BiSS C</td> <td>主站时钟驱动周期数据帧</td> <td>ACK、Start、位置字段、状态位、CRC与超时</td> </tr> </tbody> </table> <p>SPI是通用接口，不同角度芯片的寄存器和命令通常不同。SSI也不能仅按名字就假定帧长、错误位和时序完全一致。BiSS应对照协会协议与相应器件的Profile和配置。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/in-axis/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/in-axis/<p>在轴检测把读头的感应中心放到旋转轴线上。常见磁方案在轴端安装沿直径方向充磁的双极磁体，芯片固定在下方；磁体转动时，读头看到的场方向随之变化。这里的中心指敏感元件，不保证等于封装外形中心。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/off-axis/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/off-axis/<p>离轴是读头偏离旋转轴线的安装关系。它能给轴心留出穿线、通气或传动空间，但不自动等于中空编码器，也不自动意味着使用多极磁环。先画机械剖面，再讨论传感器，能避免把两种完全不同的磁路装进同一个名词。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/eccentricity/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/eccentricity/<p>说“偏心0.1毫米”前，先确定它描述磁体中心相对转轴、读头相对转轴，还是旋转件表面的径向跳动。三者可能同时出现，但测量工具和传感器看到的运动不同，不能把同一个公差数填满全部误差预算。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/air-gap/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/air-gap/<p>气隙不是脱离基准面的一个数字。磁体表面到封装顶面、到芯片敏感层、到读头外壳，可能对应不同距离；离轴磁环还有径向间隙与轴向位置两项。图纸上先把两个基准标出来，比讨论“能不能再近一点”更有意义。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/magnets/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/magnets/<p>磁编码器需要的是规定位置处可解释的磁场，不是吸力最大的磁铁。材料牌号、外形尺寸、充磁方向、安装间距和周围钢件共同决定读头看到的磁场。只把其中一个参数写进采购单，通常不足以保证另一批磁体读起来一样。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/pole-pairs/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/pole-pairs/<p>一对磁极包含一个N极与一个S极。磁环有16个磁极，不等于16对极；若N、S交替且各8个，它是8对极。机械转一圈经过多少磁周期，决定了速度换算、边沿计数和绝对位置歧义，必须在图纸与软件中使用相同定义。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/stray-field/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/stray-field/<p>目标磁体以外，电机磁钢、通电导线、制动器和附近永磁件也会贡献磁场。传感器无法仅凭一条读数知道磁场来自谁。杂散场问题应先说明方向、幅值、距离和空间梯度，再问某颗芯片能不能承受。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/hall-effect/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/hall-effect/<p>磁铁靠近后输出改变，不等于芯片直接知道距离。霍尔元件首先感受磁场在敏感方向上的分量；磁铁的位置、充磁方向和周围金属，共同决定这个分量怎样变化。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/chopper/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/chopper/<p>没有磁场时，霍尔读数仍会偏离零点。器件不对称、应力和放大器失调，都会把一个本来不存在的磁场带进结果。斩波稳定针对的就是这类电子链路误差，不负责修正磁铁装偏。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/vertical-hall/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/vertical-hall/<p>普通平面霍尔结构主要感受垂直于芯片表面的磁场。若磁铁在电路板旁边滑动，所需磁场恰好平行于板面，就需要改变敏感结构或改变磁通路径。垂直霍尔是其中一条实现路线。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/3d-hall/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/3d-hall/<p>三轴霍尔把同一感测区域附近的磁场分解为三个方向的读数。它增加的是观测信息，而不是直接交付磁铁的三个空间坐标。磁体形状、姿态和运动约束没有确定时，同一组读数不能被随意解释成唯一位置。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/amr/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/amr/<p>AMR 是各向异性磁阻。磁性薄膜的电阻随磁化方向与电流方向的夹角而变化。它不是靠霍尔电压感知磁场，因此磁场强度、方向和信号周期之间的关系，不能照搬霍尔器件的解释。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/tmr/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/tmr/<p>TMR 是隧道磁阻。两个磁性层之间夹着很薄的绝缘势垒，电流通过量子隧穿越过势垒。两层磁化方向的相对关系改变，电阻随之改变，这是它与普通电阻式位移传感器不同的地方。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/switch-polarity/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/switch-polarity/<p>同样是一颗磁铁靠近，单极霍尔开关要求指定方向的磁场达到阈值；全极霍尔开关则能对正、负两个方向足够强的磁场动作。“全极”不是三轴，也不是能够在输出端告诉控制器磁铁到底是哪一极。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/latch/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/latch/<p>用同一个磁极靠近霍尔锁存器，再把磁铁移远，输出不一定复位。典型双极锁存器需要反方向磁场跨过另一阈值，才切换回来。它适合交替经过南北磁极的运动，不是普通接近开关的另一种叫法。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/bop-brp/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/bop-brp/<p>霍尔开关通常不是磁场越过同一条线就反复翻转。动作阈值 BOP 与释放阈值 BRP 分别管理进入和离开状态，两者之间形成磁滞窗口。这个窗口能减少阈值附近抖动，但也让正向、反向运动在不同位置切换。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/linear-hall/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/linear-hall/<p>线性霍尔保留磁场幅度信息，而不是只输出开关状态。在规定范围内，输出随敏感方向的磁场近似线性变化；把磁铁移近一毫米，电压就固定增加多少，则是另一个需要磁路证明的命题。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/inl/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/inl/<p>一颗芯片输出十六位，不代表磁铁转到每个位置时都同样准确。位数规定数字台阶，INL描述测量关系偏离理想关系的程度。角度传感器的误差还包含磁体、安装和参考轴的贡献，不能只拿一个位数替代整圈检查。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/self-calibration/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/self-calibration/<p>“支持自校准”没有统一的修正范围。有的器件在出厂时修正自身偏置，有的运行时更新两路信号的幅值、偏置或正交参数，还有的需要整机转动后写入误差表。名字相同，所需输入和能消掉的误差并不相同。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/vernier/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/vernier/<p>一条每圈重复很多次的正弦轨道，能把小范围运动看得很细，却不知道当前处于哪一个周期。游标编码再加一条不同周期的轨道，用两路相位之间的关系确定区间，再由细轨给出区间内位置。它解决的是重复图案的歧义，不是凭空提高每条轨道的精度。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/uvw/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/uvw/<p>角度芯片上的U、V、W通常是供控制器读取的换相逻辑，不是给绕组供电的三根功率相线。控制器根据转子所处电角度选择驱动状态，逻辑端口不能直接接电机相线，也不能只凭三个相同字母判断相序一致。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/spi-ssi/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/spi-ssi/<p>主控能发出时钟，还不代表能读对角度。SPI通常通过片选、时钟与数据线交换器件定义的命令和结果；SSI常用于主站时钟驱动的位置输出。两者都必须逐项核对帧和时序，不能因接线数量相似就切换同一段读取代码。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/crc/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/crc/<p>CRC把规定比特序列按既定多项式计算成校验值，接收端重新计算并比较。它能发现所覆盖数据中的一类损坏，却不会知道磁铁有没有偏心、机械零位是否标错。一个带着系统偏差的角度，只要按协议正确发送，CRC照样通过。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/i2c/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/i2c/<p>I²C用时钟SCL和数据SDA在带地址的器件之间通信。两根线通常依赖开漏输出和上拉电阻，不能把接口理解成两根任意长度的普通数字线。总线电容、上拉电流和上升时间会共同限制速度与连接方式。</p>https://sensor.fans/wiki/basics/pwm/Sun, 18 Oct 2026 10:00:00 +0800https://sensor.fans/wiki/basics/pwm/<p>位置传感器的PWM通常把角度编码在占空比或规定的脉宽里。它与驱动电机功率的PWM不是同一件事，也不同于转得越快、脉冲越密的测速输出。主控需要根据手册解码波形，不能仅凭看到方波就按边沿数量累计位置。</p>