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编码器的类型与道理

日期:2019-10-23 01:25 来源: 工业编码器

  编码器的原理 一、编码器的介绍 二、编码器的分类 三、常用编码器的工作原理 四、编码的输出及接口 五、编码器的应用及安装 编码器的介绍 编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种,主要 用来检测机械运动的速度、位置、角度、 距离或计 数,除了应用在机械外,许多的马达控制如伺服马达 均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位 置的检出。 编码器的分类 编码器 模拟量编码器 数字编码器 增量编码器 _ _ _ A, A, B, B, C, C 绝对值编码器 旋转变压器 Sin/Cos 编码器 格雷码 二进制码 数字型编码器原理 1) 利用光电耦合器扫描安装在机械轴上的分割成断的圆盘。 机械代码被转换为成比例的电气脉冲信号。 数字式编码器的原理 2) 光源(一般为LED)会向接收器(可能 是一个 光电二极管)发出一道狭窄的光束。光源和接收 器都被严格安装在旋转连接轴承的静止部位。编 码器是一个带有透明开口或小窗的遮光圆盘,被 安装在轴承的转动部位。 光电式数字编码器的原理 轴承转动时,编码器会让光束交替通过 (透过圆盘上的小窗口)。光电二极管则随 着位置的变化输出对应的高电平或低电平信 号。光电二极管的输出可以通过专门的电路, 转化为位置和速率信息。 光电式数字编码器原理图 增量编码器的输出 ? 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,获得方波信 号组合成A、B,-A -B,信号反向,每组信号相差 90度相位差(一个周波位360度) ? C, 零点校正信号,码盘旋转一周输出一个信号 增量式编码器的输出示意图 增量式编码器的连接原理 1 单相连接 用与单方向计数,单向测速 2 A B两相连接,用于正反向计数,用于判断正反方 向和测速 3 A B C 三相连接用于带参考位修正的判断测速 4 A -A B -B C -C连接,由于带有对称的负信 号连接电流对电缆的磁场贡献为零,衰减最小, 抗干扰较强,可以进行长距离输出 如何进行正反向判断 ? 因为A B两相相差90度,可以通过判断A相 在先还是B相在先,从而判断正转还是反转 如何进行正反向判断逻辑图 如何进行零位校正 ? 编码器脉冲在传输过程中,可能因为某些 原因(如干扰)产生脉冲信号丢失,导致 传输误差,此时就需要对其进行及时修正 ? 零位信号 C 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。 零点校正示意图 增量编码器的倍频 物理分割的码盘因受到工艺及采制的限制,无法做 到更细,更精.但是通过数字电路的转换可以实现更 高的脉冲 二倍频信号 通过A相和B相的”异或”转换获得 增量编码器的倍频 ? 四备频信号 计数器同样也在通道A和B的每 个沿上发生增加或者减少。计数器的数目是 增加还是减少,取决于哪个通道引导哪个通 道。计数器的数目每个周期都会增加4个或减 少4个。 增量式编码器特点 ? 编码器每转动一个预先设定的角度将输出 一个脉冲信号,通过统计脉冲信号的数量 来计算旋转的角度,因此编码器输出的位 置数据是相对的 ? 由于采用固定脉冲信号,因此旋转角度的 起始位可以任意设定 ? 由于采用相对编码,因此掉电后旋转角度 数据会丢失需要重新复位 增量式编码器问题 1 增量型编码器存在零点累计误差 2 抗干扰较差, 3 接收设备的停机需断电记忆,开机应找 零或参考位等问题 绝对值编码器的出现正好解决了这些问题 绝对值编码器原理 ? 绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线线 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。 绝对值编码器码盘 ? ? 通过一组光电耦合器扫描旋转盘上的代码图案。 每一个位置有其独一无二的代码。 绝对值编码器的输出码 ? 1 自然二进制 码 0000 0001 0010 0011 0100 ? 2 循环二进制码(格雷码 )0000 0001 0011 0010 0110 格雷码的特点:相邻的整数在他的数字表示中只有 一个不同,可避免数字转换电路中出现很大的峰值 电流(如3-4,0011-0100) 二进制-格雷码 转换格式 :高位保留 次高位取(二 进制)高位与次高位的“异或”运算 十进制与格雷码的参照 绝对值编码器的输出形式 ? 1 并行输出模式 多少位(码道)绝对值编码器就有多少根 信号电缆,每根电缆代表一位数据,以电缆 输出电平的高低代表1或0,物理器件与增量 值编码器相似 ,有集电极开路PNP,NPN型, 差分驱动,推挽式,差分高电平有效或低电平 有效来针对PNP或NPN的物理器件格式 ,并 行输出一般已格雷码形式输出,又称格雷码编 码器 绝对值编码器的输出形式 ? 同步串行界面(SSI)输出: 串行输出就是数据集中在一组电缆上传输, 通过约定,在时间上有先后时序的数据输出, 这种约定称为通讯规约。 ? 串行输出连接线少,传输距离远,对于编码 器的保护和可靠性就大大提高了,一般高位 数的绝对编码器和绝对值多圈编码器都是用 串行输出的。 绝对值编码器的输出形式 ? 异步串行形式: 指令与数据分时间和问答,接口是双工的。 典型的有RS485接口,只需两个线,传输距 离远,数据内容即可以是编码器的位置值, 也可以是根据指令要求的其他内容,如加上 每个编码器不同的地址,可以多个编码器共 用传输电缆和后续接收,这种形式称为现场 总线型。 混合式编码器原理 1 把增量制码与绝对制码同做在一块码盘上。在圆 盘的最外圈是高密度的增量条纹,中间是绝对值 编码器的二进制格莱码道,码盘的转数由一转脉 冲的计数表示,在一周以内转过的角度用格莱码 的数值计数 多圈式绝对值编码器:在单圈绝对值编码器的基 础上利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 2 正余弦编码器输出原理 ? 利用平行光通过光栅时,所产生的莫尔条 纹的光强度近似于余弦函数,在莫尔条纹 移动的方向上放置4个1/4莫尔条纹的光敏元 件,将会得到4组正余弦输出信号 正余弦编码器输出形式 直尺编码器 直尺编码器: 通过测量被测物体的直线行程长度 并将测量到的行程长度转化为脉冲电信 号输出 原理通俗的讲就是将旋转编码器的码 盘拉成一条直线 光栅尺编码器 ? 光栅位移传感器的工作原理,是由一对光栅副中 的主光栅(即标尺光栅)和副光栅(即指示光栅) 进行相对位移时,在光的干涉与衍射共同作用下产 生黑白相间(或明暗相间)的规则条纹图形,称之 为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白(或明暗) 相同的条纹转换成正弦波变化的电信号,再经过放 大器放大,整形电路整形后,得到两路相差为90o 的正弦波或方波,送入光栅数显表计数显示。 旋转变压器 旋转变压器又称分解器,是一种控制用的微电机, 它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信 号的一种间接测量装置。 旋转变压器的原理 旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号 元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时,输出 绕组的电压幅值与转子转角成正弦或余弦函数关系,或 保持某一比例关系,或在一定转角范围内与转角成线 旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规 律,因此当激磁电压加到定子绕组上时,通过电磁耦合, 转子绕组产生感应电动势,如图4-9所示。其输出电压的 大小取决于转子的角向位置,即随着转子偏移的角度呈 正弦变化。由变压器原理,设原边绕组匝数为N1,副边 绕组匝数为N2,k=N1/N2为变压比,当原边输入交变电 压 旋转变压器的应用 ? 1. 鉴相工作方式 感应电压的相位角等于转子的机械转角。 因此只要检测出转子输出电压的相位角,就 知道了转子的转角 旋转变压器的应用 ? 鉴幅工作方式 在实际应用中,通过不断修改激磁调幅电 压值的电气角,使之跟踪机械角的变化,并 测量感应电压幅值即可求得机械角位移。 编码器的安装注意事项 机械方面: ? 安装时注意允许的轴负载 ? 应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度< 0.20mm,与轴线° ? 安装时严禁敲击和摔打碰撞,以免损坏轴系 和码盘 ? 长期使用时,定期检查固定编码器的螺钉是 否松动 (每季度一次) 编码器安装方式 编码器在扩展轴上 绝对编码器 通用编码器安装在扩展轴上 编码器在实体轴上 分解器 临近传感器 编码器的安装注意事项 ? ? ? 电气方面: 接地线平方 编码器的输出线彼此不要搭接,以免损坏 输出电路 编码器的信号线不要接到直流电源上或交 流电流上,以免损坏输出电路 与编码器相连的电机等设备,应接地良好, 不要有静电 ? 编码器屏蔽线的安装 Connect the shield in the Sub D on the encoder 用屏蔽的D型接口连接编码器 Connect the shield to the electronics shield clamp of the inverter 在变换器的电路板上用线卡连接 Connect the shield to the PG fitting of the encoder 编码器用屏蔽的PG接口连接 旋转编码器内部构造图 谢谢!

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