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編碼器綜述
發布時間:2009-07-06   點擊次數:2529次

                        編碼器綜述

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編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。
 
  編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號,前者成為碼盤,后者稱碼尺.按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種.接觸式采用電刷輸出,一電刷接觸導電區或絕緣區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”;非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件時以透光區和不透光區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”,通過“1”和“0”的二進制編碼來將采集來的物理信號轉換為機器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。
 
  按照工作原理編碼器可分為增量式和式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號,再把這個電信號轉變成計數脈沖,用脈沖的個數表示位移的大小。式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼,因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關,而與測量的中間過程無關。
 

 
從接近開關、光電開關到旋轉編碼器

  工業控制中的定位,接近開關、光電開關的應用已經相當成熟了,而且很好用??墒?,隨著工控的不斷發展,又有了新的要求,這樣,選用旋轉編碼器的應用優點就突出了:
 
  信息化:除了定位,控制室還可知道其具體位置;
 
  柔性化:定位可以在控制室柔性調整;
 
  現場安裝的方便和安全、長壽:拳頭大小的一個旋轉編碼器,可以測量從幾個μ到幾十幾百米的距離,n個工位,只要解決一個旋轉編碼器的安全安裝問題,可以避免諸多接近開關、光電開關在現場機械安裝麻煩,容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤,無機械損耗,只要安裝位置準確,其使用壽命往往很長。
 
  多功能化:除了定位,還可以遠傳當前位置,換算運動速度,對于變頻器,步進電機等的應用尤為重要。
 
  經濟化:對于多個控制工位,只需一個旋轉編碼器的成本,以及更主要的安裝、維護、損耗成本降低,使用壽命增長,其經濟化逐漸突顯出來。
 
  如上所述優點,旋轉編碼器已經越來越廣泛地被應用于各種工控場合。

從增量式編碼器到式編碼器

  旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖,通過計數設備來知道其位置,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,只有錯誤的生產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。為此,在工控中就有每次操作先找參考點,開機找零等方法。
 
  比如,打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理,每次開機,我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響,它在找參考零點,然后才工作。
 
  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),于是就有了編碼器的出現。
 
  型旋轉光電編碼器,因其每一個位置*、抗干擾、無需掉電記憶,已經越來越廣泛地應用于各種工業系統中的角度、長度測量和定位控制。
 
  編碼器光碼盤上有許多道刻線,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*的2進制編碼(格雷碼),這就稱為n位編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的,它不受停電、干擾的影響。
 
  編碼器由機械位置決定的每個位置的*性,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。
 
  由于編碼器在定位方面明顯地優于增量式編碼器,已經越來越多地應用于工控定位中。型編碼器因其高精度,輸出位數較多,如仍用并行輸出,其每一位輸出信號必須確保連接很好,對于較復雜工況還要隔離,連接電纜芯數多,由此帶來諸多不便和降低可靠性,因此,編碼器在多位數輸出型,一般均選用串行輸出或總線型輸出,德國生產的型編碼器串行輸出zui常用的是SSI(同步串行輸出)。
 

 
從單圈式編碼器到多圈式編碼器

  旋轉單圈式編碼器,以轉動中測量光碼盤各道刻線,以獲取*的編碼,當轉動超過360度時,編碼又回到原點,這樣就不符合編碼*的原則,這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量,稱為單圈式編碼器。
 
  如果要測量旋轉超過360度范圍,就要用到多圈式編碼器?!?br />
 
  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,這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器,它同樣是由機械位置確定編碼,每個位置編碼*不重復,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。
 
  多圈式編碼器在長度定位方面的優勢明顯,已經越來越多地應用于工控定位中。
 
  型旋轉編碼器的機械安裝使用:
 
  型旋轉編碼器的機械安裝有高速端安裝、低速端安裝、輔助機械裝置安裝等多種形式。
 
  高速端安裝:安裝于動力馬達轉軸端(或齒輪連接),此方法優點是分辨率高,由于多圈編碼器有4096圈,馬達轉動圈數在此量程范圍內,可充分用足量程而提高分辨率,缺點是運動物體通過減速齒輪后,來回程有齒輪間隙誤差,一般用于單向高精度控制定位,例如軋鋼的輥縫控制。另外編碼器直接安裝于高速端,馬達抖動須較小,不然易損壞編碼器。
 
  低速端安裝:安裝于減速齒輪后,如卷揚鋼絲繩卷筒的軸端或zui后一節減速齒輪軸端,此方法已無齒輪來回程間隙,測量較直接,精度較高,此方法一般測量長距離定位,例如各種提升設備,送料小車定位等。
 
  輔助機械安裝:
 
  常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉輪、收繩機械等。
 
  光學編碼器功能特點
 
  ? 采用光電感應技術
 
  ? 表面貼裝無引腳封裝
 
  ? 提供兩通道數字信號輸出
 
  ? 計數頻率:0~100 KHz
 
  ? 電源電壓DC5.0V、5~12V、12~24V
 
  ? 工作溫度:-10到70oC
 
  ? 編碼分辨率:180 LPI
 
  ? 符合RoHS環保標準要求
 
  編碼器工作原理
 
  脈沖編碼器:APC
 
  增量脈沖編碼器:SPC
 
  兩者一般都應用于速度控制或位置控制系統的檢測元件.
 
  旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數主要有每轉脈沖數(幾十個到幾千個都有),和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖,而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖,通過這兩組脈沖不僅可以測量轉速,還可以判斷旋轉的方向。
 
  增量型編碼器與型編碼器的區分
 
  編碼器如以信號原理來分,有增量型編碼器,型編碼器。
 
  增量型編碼器 (旋轉型)
 
  工作原理:
 
  由一個中心有軸的光電碼盤,其上有環形通、暗的刻線,有光電發射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度),將C、D信號反向,疊加在A、B兩相上,可增強穩定信號;另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。
 
  由于A、B兩相相差90度,可通過比較A相在前還是B相在前,以判別編碼器的正轉與反轉,通過零位脈沖,可獲得編碼器的零位參考位。
 
  編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料,玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,其熱穩定性好,精度高,金屬碼盤直接以通和不通刻線,不易碎,但由于金屬有一定的厚度,精度就有限制,其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級,塑料碼盤是經濟型的,其成本低,但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。
 
  分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率,也稱解析分度、或直接稱多少線,一般在每轉分度5~10000線。
 
  信號輸出:
 
  信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL為長線差分驅動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出,編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。
 
  信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數器、PLC、計算機,PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,開關頻率有低有高。
 
  如單相聯接,用于單方向計數,單方向測速。
 
  A.B兩相聯接,用于正反向計數、判斷正反向和測速。
 
  A、B、Z三相聯接,用于帶參考位修正的位置測量。
 
  A、A-,B、B-,Z、Z-連接,由于帶有對稱負信號的連接,電流對于電纜貢獻的電磁場為0,衰減zui小,抗干擾*,可傳輸較遠的距離。
 
  對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達150米。
 
  對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達300米。
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