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分享亨氏乐旋转编码器的一些干货
发布时间:2020-09-04   点击次数:79次

分享亨氏乐旋转编码器的一些干货

        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。

1、增量式编码器

        增量式编码器轴旋转时,有相应的相位输出。其旋转方向的判别和脉冲数量的增减,需借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点可任意设定,并可实现多圈的无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z信号,作为参考机械零位。当脉冲已固定,而需要提高分辨率时,可利用带90度相位差A,B的两路信号,对原脉冲数进行倍频。

2、绝对值编码器

        绝对值编码器轴旋转器时,有与位置一一对应的代码(二进制,BCD码等)输出,从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置,而无需判向电路。它有一个绝对零位代码,当停电或关机后再开机重新测量时,仍可准确地读出停电或关机位置地代码,并准确地找到零位代码。一般情况下绝对值编码器的测量范围为0~360度,但特殊型号也可实现多圈测量。

3、正弦波编码器

        正弦波编码器也属于增量式编码器,主要的区别在于输出信号是正弦波模拟量信号,而不是数字量信号。它的出现主要是为了满足电气领域的需要-用作电动机的反馈检测元件。在与其它系统相比的基础上,人们需要提高动态特性时可以采用这种编码器。
        为了保证良好的电机控制性能,编码器的反馈信号必须能够提供大量的脉冲,尤其是在转速很低的时候,采用传统的增量式编码器产生大量的脉冲,从许多方面来看都有问题,当电机高速旋转(6000rpm)时,传输和处理数字信号是困难的。在这种情况下,处理给伺服电机的信号所需带宽(例如编码器每转脉冲为10000)将很容易地超过MHz门限;而另一方面采用模拟信号大大减少了上述麻烦,并有能力模拟编码器的大量脉冲。这要感谢正弦和余弦信号的内插法,它为旋转角度提供了计算方法。这种方法可以获得基本正弦的高倍增加,例如可从每转1024个正弦波编码器中,获得每转超过1000,000个脉冲。接受此信号所需的带宽只要稍许大于100KHz即已足够。内插倍频需由二次系统完成。

二、输出信号

1、信号序列

        一般编码器输出信号除A、B两相(A、B两通道的信号序列相位差为90度)外,每转一圈还输出一个零位脉冲Z。。
        当主轴以顺时针方向旋转时,按下图输出脉冲,A通道信号位于B通道之前;当主轴逆时针旋转时,A通道信号则位于B通道之后。从而由此判断主轴是正转还是反转。

正弦输出编码器输出的差分信号如下图所示:

2、零位信号

        编码器每旋转一周发一个脉冲,称之为零位脉冲或标识脉冲,零位脉冲用于决定零位置或标识位置。要准确测量零位脉冲,不论旋转方向,零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通道之间的相位差的存在,零位脉冲仅为脉冲长度的一半。

3、预警信号

        有的编码器还有报警信号输出,可以对电源故障,发光二极管故障进行报警,以便用户及时更换编码器。

三、输出电路

1、NPN电压输出和NPN集电极开路输出线路

        此线路仅有一个NPN型晶体管和一个上拉电阻组成,因此当晶体管处于静态时,输出电压是电源电压,它在电路上类似于TTL逻辑,因而可以与之兼容。在有输出时,晶体管饱和,输出转为0VDC的低电平,反之由零跳向正电压。
        随着电缆长度、传递的脉冲频率、及负载的增加,这种线路形式所受的影响随之增加。因此要达到理想的使用效果,应该对这些影响加以考虑。集电极开路的线路取消了上拉电阻。这种方式晶体管的集电极与编码器电源的反馈线是互不相干的,因而可以获得与编码器电压不同的电流输出信号。

2、PNP和PNP集电极开路线路

    该线路与NPN线路是相同,主要的差别是晶体管,它是PNP型,其发射极强制接到正电压,如果有电阻的话,电阻是下拉型的,连接到输出与零伏之间。

3、推挽式线路

  这种线路用于提高线路的性能,使之高于前述各种线路。事实上,NPN电压输出线路的主要局限性是因为它们使用了电阻,在晶体管关闭时表现出比晶体管高得多的阻抗,为克服些这缺点,在推挽式线路中额外接入了另一个晶体管,这样无论是正方向还是零方向变换,输出都是低阻抗。推挽式线路提高了频率与特性,有利于更长的线路数据传输,即使是高速率时也是如此。信号饱和的电平仍然保持较低,但与上述的逻辑相比,有时较高。任何情况下推挽式线路也都可应用于NPN或PNP线路的接收器。

4、长线驱动器线路

        当运行环境需要随电气干扰或编码器与接收系统之间存在很长的距离时,可采用长线驱动器线路。数据的发送和接收在两个互补的通道中进行,所以干扰受到抑制(干扰是由电缆或相邻设备引起的)。这种干扰可看成“共模干扰”。此外,总线驱动器的发送和接收都是以差动方式进行的,或者说互补的发送通道上是电压的差。因此对共模干扰它不是第三者,这种传送方式在采用DC5V系统时可认为与RS422兼容;在特殊芯片时,电源可达DC24V,可以在恶劣的条件(电缆长,干扰强烈等)下使用。

 

 

亨氏乐旋转编码器是用来测量转速并配合PWM技术可以实现快速调速的装置,光电式旋转编码器通过光电转换,可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出(REP)。

 

分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有),和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲,而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。

简介编辑

按信号的输出类型分为:电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出

形式分类编辑

有轴型:有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。

轴套型:轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。

以编码器工作原理可分为:光电式、磁电式和触点电刷式。

按码盘的刻孔方式不同分类编码器可分为增量式和式两类。

增量式BEN编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。

旋转增量式编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来知道其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的生产结果出现后才能知道。

解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。为此,在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。

比如,打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理,每次开机,我们都能听到噼哩啪啦的一阵响,它在找参考零点,然后才工作。

这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),于是就有了编码器的出现。

型旋转光电编码器,因其每一个位置抗干扰、无需掉电记忆,已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。

编码器光码盘上有许多道刻线,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2的n-1次方的唯1的2进制编码(格雷码),这就称为n位编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。

编码器由机械位置决定的每个位置的唯1性,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。

由于编码器在定位方面明显地优于增量式编码器,已经越来越多地应用于工控定位中。型编码器因其高精度,输出位数较多,如仍用并行输出,其每一位输出信号必须确保连接很好,对于较复杂工况还要隔离,连接电缆芯数多,由此带来诸多不便和降低可靠性,因此,编码器在多位数输出型,一般均选用串行输出或总线型输出,德国生产的型编码器串行输出常用的是SSI(同步串行输出)

工作原理

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A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B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A、B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,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

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