编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。
简单来说，编码器就是将旋转位置的改变转换成为电气信号的东西，它被应用在轴的闭环控制和大多数的自动化过程中。
按监测原理分类：
在 Motion Control 应用中，常见的几种编码器：光编码器、磁编码器、电感式编码器等等，下面就给大家说一说它们的区别和优缺点。
1. 光学编码器： 由发光装置 LED 、光电传感器和码轮圆盘组成，圆盘上带有狭缝或孔，将位置信息检测为光脉冲，然后光电传感器将其转化成电信号并输出。
图 1 光学编码器原理示意图
码盘旋转时，产生两路典型的方波 A 和 B 正交脉冲，可用于确定轴的旋转和速度。当光电编码器正转时，A 相超前 B 相 90度，当反转时，A 相滞后 B 相 90 度。也就是说，光电编码器由输出脉冲个数确定具体位置和计算运动的速度，而齿轮的运动方向则通过两组脉冲信号的 A、B 相位差来判断。详情如下图所示：
图 2 典型光编码器 A、B 通道示意图
光电编码器的优缺点：
优点：体积小、精密、本身分辨率很高，最高能达 25 位，无接触磨损，响应速快。
缺点：容易受到污染导致码盘接收方波不连续或者丢失，LED 灯寿命有限，玻璃或者塑料的码盘容易因为震动和极端温度环境损坏。
2. 磁编码器：主要由码盘、磁感应元件、调节电路、电源线、差动信号线等部分组成；其中码盘是被磁化的圆盘，在其圆周上分布着一定数量的磁极，磁极以极性相异的原则均匀分布；磁感应元件一般为霍尔元件或磁阻元件，用于检测磁盘旋转是产生的磁场变化；调节电路主要用于信号的放大、分频、倍频等处理，供系统中的控制器进行识别。
图 3 磁编码器原理示意图
磁编码器的优缺点：
优点：更耐用、抗震和抗冲击。比如在遇到灰尘、污渍和油垢等情况下，光学编码器的性能会大打折扣，但是磁编码器却不受影响。
缺点：电机产生的电磁干扰会对磁编码器造成极大的影响，温度变化也会使其产生位置漂移，其分辨率和精度相对较低。
3. 电感式磁编码器：利用非接触式无磁体感应技术测量导电目标的位置，通过一个旋转目标来测量激励线圈和接收器线圈之间的耦合。一般由定子和转子组成，定子 PCB 会带激励线圈、接收线圈、解码电路和通信电路，转子 PCB 带金属反射体或者低导磁率金属。
图 4 电感式编码器示意图
下面以 onsemi NCS32100 方案为例：
图 5 NCS32100 电感式编码器定子和转子
转子上有粗、细的线圈绕组，定子上有接收线圈和励磁线圈，NCS32100 向励磁线圈发送正弦波，使定子励磁线圈周围产生磁场。根据法拉第互感定律，转子的粗细走线线圈与电磁场相交，将能量耦合到转子线圈中，形成涡流。当转子旋转时，转子的涡流干扰定子接收线圈，NCS32100 内部 DSP 处理这些干扰，从而测试出转子的位置。
电感式编码器优缺点：
优点：能承受较高程度的振动和污染，对磁场不敏感，精度高
缺点：精密线圈导致生产成本高昂。
按工作原理分类：
按工作原理的不同可分为：增量型和绝对值型。
增量式编码器的工作原理（以光学编码器为例）：
图 6 增量式光学编码器的构成
码盘被细分成角度间隔相同的不透光刻线和可透光窗口，一个刻线和一个透明窗口区域构成一个周期，对应着波型里的一个高电平和一个低电平，也就是对应 360 度的电周期。
图 7 增量式编码器波形图
从上面的光电式编码器介绍中我们知道检测位置信息的同时也要判断电机是正转还是反转，于是就需要两个感应器，下面来看看细节图：
图 8 增量式编码器原理细节图
结合前面的内容，我们就可以大概知道，增量式编码器的工作原理：通过 Index 找到零位，通过脉冲数目计算旋转角度，通过 AB 通道的相对滞后性判断旋转方向，通过波型占据的时间或者脉冲频率来判断速度。
那绝对式编码器呢？
我们先来看看绝对式旋转编码器的示意图：
图 9 绝对式旋转编码器的原理图
这个图式一个 16 位绝对式编码器示意图，整圈被分成了 16 个扇区，在相同的半径方向上，每个扇区又被分成了 4 份。LED 灯从码盘一侧照射下来，相应地，码盘的另一测有一个探测芯片感应光线，透光的能感应，不透光不能。把有感应和无感应分别用 1 和 0 表示，就可以排列组合了。
举个例子，比如下面这幅图，分别可以表示为：0001，0101，用十进制表示就是 1 和 5 位置。
图 10 绝对式编码器编码方式
所以绝对式编码器的原理大概能总结为：对每一个位置，又一个唯一的编码，再用传感器去识别每个位置的编码，从而输出对应的唯一信号，用来表示特定的位置。绝对值编码器的“绝对”是指数据的唯一、可靠、稳
定，而不是停电记忆，类似被出厂编码了一样，如果需要更高的分辨率，则需要加大码盘。
那绝对式编码器输出的波型和增量式有什么不同？
绝对式编码器使用的是脉冲带宽调制，以光学绝对编码器为例子，一个典型的绝对编码器输出波形如下：
图 11 绝对编码器输出波形
一个 10 位的编码器可以输出 2^10 = 1024 个独特编码，绝对式位置编码器的特定位置是用脉冲宽度来表示的，比如，起始位置是 0 ，用一个最小脉冲单位宽度来 1us 来表示这个位置，那 180°，就是用 512us 来表示。左侧这个波型则是用电压高低来表示不同的位置，这些都可以传递给控制器做解析。
看了那么多，我们应该如何选择编码器呢？
可以根据：
① 开机时是否需要绝对位置来判断是选择增量式还是绝对式；
② 看精度要求、分辨率是多少；
③ 价格；
④ 安装方式和使用环境。
参考文章：
旋转编码器的原理是什么？增量式编码器和绝对式编码器有什么区别？ - 知乎 (zhihu.com)
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