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编码器(Encoder)根本道理及利用简介

日期:2019-09-28 22:47 来源: 编码器

  编码器是以数字化信息将角度、长度、速度等物理量的信息以数字量0、1编码的方式输出的传感器,由于其具有高精度,大量程测量,反应快,数字化输出特点;体积小,重量轻,机构紧凑,安装方便,维护简单,工作可靠等优良特点,故成为当今工业控制系统备受青睐及不可或缺的一部分。

编码器(Encoder)根本道理及利用简介

  由一个中心有轴的主光栅码盘(DISC),其上有环形明、暗均匀间隔的刻线;一个指示光栅(MASK),其上面根据输出的信号而事先设置好5--6个光通区域。通过在指示光栅一侧的光电发射元件(光电管)和主光栅码盘一侧的接收器件(光电二极管、光电晶体管)来获得*初始的四组正弦波信号:A、/A、B、/B,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周期为360度),然后再通过电路处理(电压比较器、触发器,反相器等等)后便可得到A,B两相差90的方波脉冲或正弦波;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

  由于A、B两相主信号相位相差90度,所以可通过比较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(Encoder)根本道理及利用简介

  在整个编码器行业大致有玻璃、金属、塑料这三种材料。玻璃码盘是在特殊玻璃上沉积很薄的刻线,表面再涂有一层保护膜,以保证耐震等特点。因为为表面刻线,所以该材料可以实现初始线数也就是脉冲做到很大,比如8192ppr,10000ppr或更高。由于其热稳定性好,精度高,所以高分辨率的编码器一般均为玻璃码盘。优点:高精度、热稳定性好 不足:如果遭到大的冲击或击打,会容易碎:金属码盘是在一定厚度的金属材料上用药水直接腐蚀出通和不通的实孔,行业里也称之为蚀刻技术。其优点是耐震动,不易碎,但由于金属有一定的厚度,受工艺要求的限制,所以其精度就有限制,不可能做到很高的线ppr还是可以的。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。

编码器(Encoder)根本道理及利用简介

  编码器是光学、机械、电子三方面交叉科学的结合体。其中光学部分由发光管和光电接受管组成;机械部分包括本体、主轴、轴承、外盖、密封部分;电子也就是大家所熟知的电路处理部分也就是线路板。

  其内部组合如上图所示,主光栅与主轴通过一个压板用工业胶水紧紧固定在一起;主轴通过高性能轴承实现与本体的机械配合,这也是所有编码器*重要的核心技术,因为所选轴承的性能质量、轴承与本体之间的配合(比如过度配合,间隙配合等),都是体现一个编码器质量和使用寿命的一个重要考核点。 当主轴通过连轴器与电机相连后,便实现与电机的同轴同步旋转,于是光栅便开始同步旋转,在主光栅的上方是整个电路处理部分,主光栅的下面是指示光栅及其下面的发光管。这样,光信号便通过主光栅与指示光栅在电路上开始被感应并开始对感应到的信号进行处理,然后处理后的信号便通过电缆与控制器直接相连。如此,便是整个编码器的工作原理和过程!

  轴径尺寸(Shaft Dimension)编码器实心轴轴径有6毫米*、8毫米、10毫米*、12毫米等,空心轴的轴径有8毫米、10毫米、12毫米*、大口径20~50毫米*等,其中带*号的是常规规格。

  分辨率(Resolution)编码器在单转时每旋转一周所输出的信号个数称之为分辨率,也称解析度、或直接称多少线,一般编码器输出线ppr等

  响应频率(Frequence)编码器在机械转速所允许的范围内所能获得的输出感应频率,也就是在一秒钟内所能感应到的信号的个数。比如:0~200KHZ。

  机械转速 (Speed) 编码器的结构设计使得其所能达到和承受的旋转速度,其表示为一分钟内所能达到的旋转速度rpm;(故编码器的工作速度应同时兼顾编码器的机械转速、响应频率以及编码器后续接收设备的开关频率)

  工作电源 (Power-Vcc)编码器一般只有两种电压,其一为DC9~36V,另一为DC5V标准电压

  工作温度(Temperature)编码器的工作温度代表了编码器内部机械[配合和组成以及电子元气件的水平,较好的编码器工作温度从-40到100℃。事实上在低温情况下,受限制的是内部电子零件和外部的电缆以及密封特性。

  防护等级(Protection)是指编码器的防尘、防水性能,以标准IP(International Protection)的两位数表示,位06代表防尘,第二位08代表防水,IP54是的有限制条件的防尘防水标准,IP67可防水浸。并非在室内恒温条件下工作就不需要防水,因为编码器在工作和停机两种情况下,内部空气会热胀冷缩,密封不好,在停机是会有压缩性水气进入。专业的编码器的防护等级分电气外壳部分和转轴部分,有不同。转轴部分由于编码器的旋转要求,往往要略低。

  传输距离(Cable length)对于TTL(DC 5V)的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达150米左右。

  对于HTL(DC:9~30V)的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达300米左右。

  编码器轴负荷(Load on shaft)因为要考虑到编码器在运转过程中轴所能承受的的负荷,故应根据客户对轴负荷的要求来帮助他们选取适宜的编码器。此负荷分轴向受力(Axial shaft load)(垂直轴径的方向)和径向受力(Radial shaft load)(与轴径同向),根据产品质量不同有几N到上百N等。

  1) 只有A相单信号,此状况用于单方向计数,单方向测速(此一般为低端编码器)。

  3) A、B、Z三相联接,除了具备“2)”所有功能外,还用于带参考位修正的位置测量。

  4) A、/A,B、/B,Z、/Z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抵消为0,此状况衰减*小,抗干扰*佳,可传输较远的距离。

  5)A、/A,B、/B,Z、/Z,U、/U,V、/V,W、/W连接,此编码器带有U,V,W相,是用在伺服电机上用来磁极对位而决定控制点的初始位置的。其U,V,W之间一般以相差120为*多。(Sumtak,Tamagawa具体产品如下所示:)

  1.推拉输出型(Push-pull Output).此输出电路又称为HTL ,其电源电压一般为:DC10~36V,因有较大的电源功率,故即有良好的抗干扰能力又可以实现长线.集电极开路型(Open-collector)此电路设计是为了更好的与一些PLC接口兼容。根据输出端三极管的极性不同,其又分为:NPN和PNP这两种。

  编码器与电机的机械连接:首先,编码器分实心轴和空心轴两种,对于实心轴来说,一般采用连轴器作过度件与电机的轴相连,因为连轴器的弹性特性,所以对编码器起到缓冲和保护的作用。如果是空心轴,可以直接套在与之相连的电机的轴上,然后把编码器本体通过弹性夹片与电机相连。如此,便可以保证编码器与电机的同轴同步运转。

  电缆及插头输出(Cable ,Connector)编码器的信号线一般有直接线缆引出和利用航空插头引出,这个视客户的具体现场要求而选择。一般情况电缆直接输出的IP等级会比接插件式的高一些,因为接插件本身就是有缝隙的,但接插件式的比较方便,便于现场拔插。

  响应频率(Frequence)F=PN/60 ( F单位为Hz, P为编码器的解析度, N为在编码器能承受的机械转速下电机的机械旋转速度 ,当然,也要反推,如果电机要在一个较高的速度下运行,则务必要考虑所选编码器的响应频率。在高速计数系统下,经常会发生,如果电机速度过高,则编码器便会丢失信号或计数不准的现象发生 )

  编码器存放注意事项(Storage Options )因编码器为精密类产品,故不可受强力碰撞或敲击,保证轻拿轻放。在现场安装过程中,采用连轴器式连接方式,如果是空心轴,要对准电机之轴,轻轻推进去,如果感觉又摩擦或不顺利,则可以把电机轴给摖干净,再来回顺着推进去。另外,因为编码器的光栅一般为玻璃材料,所以在运输过程中亦要保证不能受到大的颠簸而导致损坏。

  传输线缆(Cable)对于需要较远传输距离的编码器来说,其输出线缆务必采用双绞屏蔽线,如此,才可以保证信号所受干扰*小。且屏蔽线有而且只能有一端接地,具体是接在编码器端还是客户端视实际情况而定。(一般情况下,,对于一个1024脉冲的编码器而言,也就是在电机的速度为3000rpm下,可以有100米的传输距离 )

  接线走向在实际的工业现场中,因考虑到大功率电源线所发出的干扰波,故编码器的线缆不可与电源线呈平行状态来排布,尽量使二者为垂直走向为*佳。

  编码器接线要点编码器在实际接线时要严格以该产品的使用说明书为准,不可接错,尤其不能使电源线反接,否则,将有烧坏编码器的可能。信号线若连接不正确,则将会输出乱码或使驱动系统无法运行。

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