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旋转编码器

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  • 发布时间:2014/1/23 14:31:09
  • 作者:银河电气

概述

旋转编码器在工业现场的转速测量领域,使用较为广泛。它是将信号或数据转换为可以用通讯,传输和存储的信号形式的设备。

旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器,当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时,经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线,并被接收元件接收产生初始信号,该信号经后继电路处理后,输出脉冲或代码信号,其特点是体积小,重量轻,品种多,功能全,频响高,分辨能力高,力矩小,耗能低,性能稳定,可靠使用,寿命长等特点。

工作原理

1增量型编码器

由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成ABCD,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将CD信号反向,叠加在AB两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

由于AB两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转(用于转向判断),通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。

编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

分辨率:编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。

信号输出:信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTLHTL,集电极开路(PNPNPN,推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-,HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。

信号连接:编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。  单相联接,用于单方向计数,单方向测速。   A.B两相联接,用于正反向计数、判断正反向和测速。 ABZ三相联接,用于带参考位修正的位置测量。

AA-BB-ZZ-连接,由于带有对称负信号的连接,电流对于电缆贡献的电磁场为0,衰减最小,抗干扰最佳,可传输较远的距离。

对于TTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达150米。 对于HTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达300米。

存在问题:增量型编码器存在零点累计误差,抗干扰较差,接收设备停机需断电记忆,开机应找零或参考位等问题。

2绝对型编码器

绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线……编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。

绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器。

旋转单圈绝对值编码器,以转动中测量光电码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对值编码器。

如果要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对值编码器。

编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是由机械位置确定编码,每个位置编码唯一不重复,而无需记忆。

作者:量值溯源

湖南银河电气有限公司(http://www.vfe.cc)


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