什么是编码器占空比？

编码器占空比是指编码器输出脉冲信号中，高电平（有电信号）的持续时间占整个信号周期的百分比。

一、基础定义

1. 计算公式：占空比 = （高电平时间 / 信号周期） × 100%。

50%：标准方波，高低电平时间相等

<50%：窄高脉冲；>50%：宽高脉冲

2. 编码器分两类场景（完全不同概念）

场景 1：增量正交编码器（A/B/Z 相，最常用）

理想标准

A、B 两相正交方波，理论占空比严格 50%，相位差 90°，用于四倍频计数、方向判断。

工业允许公差

通用经济型编码器：50±25%（25%～75%）

伺服高精度编码器：50±10%（40%～60%）

高端玻璃码盘精密款：50±1% 以内

Z 相（零位脉冲）特性

一圈 1 个索引脉冲，标准脉宽 = 1 个完整脉冲周期（占空比≈50%）；部分型号 Z 相为窄脉冲（占空比 10%~30%），以手册为准。

占空比异常带来的问题

边沿丢失、四倍频计数不准，定位漂移

伺服驱动器报编码器故障（如科尔摩根 F137）、电机抖动、低速不稳

方向判别偶尔出错、正负计数乱跳

占空比异常常见原因

机械：编码器安装偏心、码盘刮花 / 脏污、轴不同心

硬件：供电不稳、信号整形电路损坏、长线干扰、上拉电阻不匹配

环境：震动、高温导致光路偏移

场景 2：PWM 输出型绝对值磁编码器

这类编码器用占空比代表角度，和正交脉冲完全两回事：

固定 PWM 频率，占空比随 0°~360° 线性变化

例：0° 对应 10% 占空比，360° 对应 90% 占空比，通过捕获脉宽计算角度

此处占空比是测量值，不是 50% 标准方波

二、测量与判断方法

示波器测量（最准）

接 A/B 相，匀速旋转，看高低电平宽度比值；波形左右不对称 = 占空比偏移。

控制器捕获测量

MCU 定时器输入捕获，读取周期 T 与高电平 t_on，计算 Duty。

快速判定标准

伺服闭环：必须稳定在 40%~60%，超出即异常

普通开环计数：25%~75% 可勉强使用，波动大建议更换编码器

三、快速排查步骤（占空比跑偏）

检查 5V/24V 供电纹波，电压波动≤±5%

重新对中编码器轴，消除偏心间隙

屏蔽信号线、缩短走线，远离动力电缆

更换编码器测试，排除码盘 / 内部电路损坏

匹配输出类型（推挽 / 集电极开路 / 线驱动）上拉电阻

四、举例计算

信号质量评估：占空比偏离50%（如高电平时间过长或过短）可能反映出编码器码盘刻线不均、安装偏心、信号衰减或电路驱动异常等问题，可用于编码器的故障诊断。

特殊应用：部分绝对式编码器或PWM（脉冲宽度调制）输出型编码器，会利用占空比的变化来直接表征绝对角度值（如占空比随角度线性变化），通过测量占空比即可反推出对应的位置信息。