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旋轉編碼器的工作原理

  對於工業控製中的定位問題,一般采用接近開關、光電開關等裝置。隨著工控的不斷發展,出現了旋轉編碼器,其特點是:
  1、信息化:除了定位,控製室還可知道其具體位置;
  2、柔性化:定位可以在控製室柔性調整;
  3、安裝方便和安全、使用壽命長。
  一個旋轉編碼器,可以測量從幾個微米到幾十幾百米的距離。多個工位,隻要選用一個旋轉編碼器,就可以避免使用多各接近開關、光電開關,解決現場機械安裝麻煩,容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。
  由於是光電碼盤,無機械損耗,隻要安裝位置準確,其使用壽命往往很長。
  4、多功能化:除了定位,還可以遠傳當前位置,換算運動速度,對於變頻器,步進電機等的應用尤為重要。
  5、經濟化:對於多個控製工位,隻需一個旋轉編碼器,安裝、維護、損耗成本降低,使用壽命增長。
  鑒於以上優點,旋轉編碼器已經越來越廣泛地被應用於各種工控場合。
  編碼器(encoder)是將物理信號編製、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號的一種設備。應用於速度控製或位置控製係統的檢測元件。
  編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤,後者稱碼尺。
  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衝數(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衝,而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈衝,通過這兩組脈衝不僅可以測量轉速,還可以判斷旋轉的方向.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(相對於一個周波為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相脈衝以代表零位參考位。
  由於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,通過零位脈衝,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,但由於金屬有一定的厚度,精度就有限製,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—編碼器的脈衝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,用於單方向計數,單方向測速。
  A.B兩相聯接,用於正反向計數、判斷正反向和測速。
  A、B、Z三相聯接,用於帶參考位修正的位置測量。
  A、A-,B、B-,Z、Z-連接,由於帶有對稱負信號的連接,電流對於電纜貢獻的電磁場為0,衰減最小,抗幹擾最佳,可傳輸較遠的距離。
  對於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。
  對於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。
  1、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”。
  2、按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。
  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衝,用脈衝的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼,因此它的示值隻與測量的起始和終止位置有關,而與測量的中間過程無關。
  旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈衝,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,當停電後,編碼器不能有任何的移動,當來電工作時,編碼器輸出脈衝過程中,也不能有幹擾而丟失脈衝,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,隻有錯誤的生產結果出現後才能知道。
  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,我們都能聽到劈哩啪啦的一陣響,它在找參考零點,然後才工作。
  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(開機後就要知道準確位置),於是就有了絕對編碼器的出現。
  絕對型旋轉光電編碼器,因其每一個位置絕對唯一、抗幹擾、無需掉電記憶,已經越來越廣泛地應用於各種工業係統中的角度、長度測量和定位控製。
  絕對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次方的唯一的2進製編碼(格雷碼),這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的,它不受停電、幹擾的影響。
  絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性,它無需記憶,無需找參考點,而且不用一直計數,什麽時候需要知道位置,什麽時候就去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗幹擾特性、數據的可靠性大大提高了。
  由於絕對編碼器在定位方麵明顯地優於增量式編碼器,已經越來越多地應用於工控定位中。絕對型編碼器因其高精度,輸出位數較多,如仍用並行輸出,其每一位輸出信號必須確保連接很好,對於較複雜工況還要隔離,連接電纜芯數多,由此帶來諸多不便和降低可靠性,因此,絕對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,德國生產的絕對型編碼器串行輸出最常用的是SSI(同步串行輸出)。
  3、單圈絕對式編碼器和多圈絕對式編碼器
  旋轉單圈絕對式編碼器,以轉動中測量光碼盤各道刻線,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,這樣的編碼器隻能用於旋轉範圍360度以內的測量,稱為單圈絕對式編碼器。
  如果要測量旋轉超過360度範圍,就要用到多圈絕對式編碼器。
  編碼器生產廠家運用鍾表齒輪機械的原理,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範圍,這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器,它同樣是由機械位置確定編碼,每個位置編碼唯一不重複,而無需記憶。
  多圈編碼器另一個優點是由於測量範圍大,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。
  多圈式絕對編碼器在長度定位方麵的優勢明顯,已經越來越多地應用於工控定位中。
  4、絕對型旋轉編碼器的機械安裝使用:
  絕對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。
  1)高速端安裝:安裝於動力馬達轉軸端(或齒輪連接),此方法優點是分辨率高,由於多圈編碼器有4096圈,馬達轉動圈數在此量程範圍內,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後,來回程有齒輪間隙誤差,一般用於單向高精度控製定位,例如軋鋼的輥縫控製。另外編碼器直接安裝於高速端,馬達抖動須較小,不然易損壞編碼器。
  2)低速端安裝:安裝於減速齒輪後,如卷揚鋼絲繩卷筒的軸端或最後一節減速齒輪軸端,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。
  3)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。
  5、光學編碼器功能特點
  采用反射式感應技術表麵貼裝無引腳封裝提供兩通道模擬信號輸出計數頻率:20KHz\采單一5.0V電源運作工作溫度:-10到70oC編碼分辨率:180LPI符合RoHS環保標準要求。

備案號:

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