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光電編碼器分類和選擇

作者:河北拓達發布時間:2015-06-16

 光電編碼器分類和選擇

 

  編碼器Encoder為傳感器(Sensor)類的一種,主要用來偵測機械運動的速度、位置、角度、距離或計數,除了應用在產業機械外,許多的馬達控制如伺服馬達、BLDC伺服馬達均需配備編碼器以供馬達控制器作為換相、速度及位置的檢出所以應用范圍相當廣泛。根據檢測原理,編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式,分為增量式編碼器和絕對式編碼器。光電編碼器是利用光柵衍射原理實現位移-數字變換的,從50年代開始應用于機床和計算儀器,因其結構簡單、計量精度高、壽命長等優點,在國內外受到重視和推廣,在精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面得到廣泛的應用。

編碼器安裝

  a.增量式編碼器特點:

 

  增量式編碼器轉軸旋轉時,有相應的脈沖輸出,其計數起點任意設定,可實現多圈無限累加和測量。編碼器軸轉一圈會輸出固定的脈沖,脈沖數由編碼器光柵的線數決定。需要提高分辨率時,可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辨率編碼器。

 

  b. 絕對式編碼器特點

 

  絕對式編碼器有與位置相對應的代碼輸出,通常為二進制碼或 BCD 碼。從代碼數大小的變化可以判別正反方向和位移所處的位置,絕對零位代碼還可以用于停電位置記憶。絕對式編碼器的測量范圍常規為 0-360 度。

 

  增量型旋轉編碼器

 

  軸的每圈轉動,增量型編碼器提供一定數量的脈沖。周期性的測量或者單位時間內的脈沖計數可以用來測量移動的速度。如果在一個參考點后面脈沖數被累加,計算值就代表了轉動角度或行程的參數。雙通道編碼器輸出脈沖之間相差為90o。能使接收脈沖的電子設備接收軸的旋轉感應信號, 因此可用來實現雙向的定位控制;另外,三通道增量型旋轉編碼器每一圈產生一個稱之為零位信號的脈沖。

 

  增量型絕對值旋轉編碼器絕對值編碼器為每一個軸的位置提供一個獨一無二的編碼數字值。特別是在定位控制應用中,絕對值編碼器減輕了電子接收設備的計算任務,從而省去了復雜的和昂貴的輸入裝置:而且,當機器合上電源或電源故障后再接通電源,不需要回到位置參考點,就可利用當前的位置值。

 

  單圈絕對值編碼器把軸細分成規定數量的測量步,最大的分辨率為13位,這就意味著最大可區分8192個位置+多圈絕對值編碼器不僅能在一圈內測量角位移,而且能幸,J用多步齒輪測量圈數。多圈的圈數為12位,也就是說最大4096圈可以被識別??偟姆直媛士蛇_到25位或者33,554,432個測量步數。并行絕對值旋轉編碼器傳輸位置值到估算電子裝置通過幾根電纜并行傳送。

 

  增量型→絕對型編碼器

 

  旋轉增量值編碼器以轉動時輸出脈沖,通過計數設備來計算其位置,當編碼器不動或停電時,依靠計數設備的內部記憶來記住位置。這樣,當停電后,編碼器不能有任何的移動,當來電工作時,編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計數設備計算并記憶的零點就會偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯誤的結果出現后才能知道。

 

  解決的方法是增加參考點,編碼器每經過參考點,將參考位置修正進計數設備的記憶位置。在參考點以前,是不能保證位置的準確性的。在工控中就有每次操作先找參考點,開機找零等方法。

 

  這樣的方法對有些工控項目比較麻煩,甚至不允許開機找零(開機后就要知道準確位置),有一些工況也不允許使用中因干擾影響而產生位置錯誤,于是就有了絕對編碼器的出現。

 

  絕對值旋轉編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線,每道刻線依次以2線、4線、8線、16線......編排,這樣,在編碼器的每一個位置,通過讀取每道刻線的通、暗,獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼(格雷碼),這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的,它不受停電、干擾的影響,由于絕對值編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的,它無需記憶,無需找參考點,而且不用一直計數,什么時候需要知道位置,什么時候就去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了

 

  從單圈絕對值編碼器到多圈絕對值編碼器

 

  單圈絕對值編碼器,以轉動中測量光電碼盤各道刻線,以獲取唯一的編碼,當轉動超過360度時,編碼又回到原點,這樣就不符合絕對編碼唯一的原則,這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量,稱為單圈絕對值編碼器。要測量旋轉超過360度范圍,就要用到多圈絕對值編碼器。

 

  編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理,當中心碼盤旋轉時,通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼,以擴大編碼器的測量范圍,這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器,它同樣是每個位置編碼唯一不重復的,而無需記憶。

 

  多圈編碼器另一個優點是由于測量范圍大,實際使用往往富裕較多, 這樣在安裝時不必要費勁找零點, 將某一中間位置作為起始點就可以了,而大大簡化了安裝調試難度。

 

  絕對值編碼器的信號輸出

 

  絕對值編碼器信號輸出有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出等,單圈低位數的編碼器一般用并行信號輸出,而高位數的和多圈的編碼器輸出信號不用并行信號(并行信號連接線多,易錯碼易損壞),一般為串行或總線型輸出。其中串行最常用的是時鐘同步串聯信號(SSI);總線型最常用的是PROFIBUS-DP型,其他的還有DeviceNet, CAN, Interbus, CC-link等;變送一體型輸出使用方便,但精度有所犧牲。


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