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編碼器工作原理分析

2019-9-5 閱讀(2243)

編碼器工作原理

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(相對于一個周潑為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

主要作用:它是一種將旋轉位移轉換成一串數字脈沖信號的旋轉式傳感器,

這些脈沖能用來控制角位移,如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結合在一起,也可用于測量直線位移。

編碼器產生電信號后由數控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC,控制系統等來處理。這些傳感器主要應用在下列方面:機床、材料加工、電動機反饋系統以及測量和控制設備。在ELTRA編碼器中角位移的轉換采用了光電掃描原理。讀數系統是基于徑向分度盤的旋轉,該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構成的。此系統全部用一個紅外光源垂直照射,這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上,該接收器覆蓋著一層光柵,稱為準直儀,它具有和光盤相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉動所產生的光變化,然后將光變化轉換成相應的電變化。一般地,旋轉編碼器也能得到一個速度信號,這個信號要反饋給變頻器,從而調節變頻器的輸出數據。故障現象:1、旋轉編碼器壞(無輸出)時,變頻器不能正常工作,變得運行速度很慢,而且一會兒變頻器保護,顯示“PG斷開”...聯合動作才能起作用。要使電信號上升到較高電平,并產生沒有任何干擾的方波脈沖,這就必須用電子電路來處理。編碼器pg接線與參數矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式,必須與編碼器pg的型號相對應。一般而言,編碼器pg型號分差動輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種,其信號的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口,因此選擇合適的pg卡型號或者設置合理.

編碼器一般分為增量型與型,它們存著大的區別:在增量編碼器的情況下,位置是從零位標記開始計算的脈沖數量確定的,而型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數確定的。在一圈里,每個位置的輸出代碼的讀數是獨立的; 因此,當電源斷開時,型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通,那么位置讀數仍是當前的,有效的; 不像增量編碼器那樣,必須去尋找零位標記。

編碼器的廠家生產的系列都很全,一般都是的,如電梯型編碼器、機床編碼器、伺服電機型編碼器等,并且編碼器都是智能型的,有各種并行接口可以與其它設備通訊。

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,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”。

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。

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。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常用的是SSI(同步串行輸出)。

多圈式編碼器。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,每個位置編碼獨立不重復,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。

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,衰減小,抗干擾較好,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。

編碼器選型應注意三方面的參數:

1、械安裝尺寸:包括定位止口,軸徑,安裝孔位;電纜出線方式;安裝空間體積;工作環境防護等級是否滿足要求。

2、分辨率:即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數,是否滿足設計使用精度要求。

3、電氣接口:編碼器輸出方式常見有推拉輸出(F型HTL格式),電壓輸出(E),集電極開路(C,常見C為NPN型管輸出,C2為PNP型管輸出),長線驅動器輸出。其輸出方式應和其控制系統的接口電路相匹配。

光電編碼器優缺點

優點:體積小,精密,本身分辨度可以很高,無接觸無磨損;同一品種既可檢測角度位移,又可在機械轉換裝置幫助下檢測直線位移;多圈光電編碼器可以檢測相當長量程的直線位移(如25位多圈)。壽命長,安裝隨意,接口形式豐富,價格合理。成熟技術,多年前已在國內外得到廣泛應用。

缺點:精密但對戶外及惡劣環境下使用提出較高的保護要求;量測直線位移需依賴機械裝置轉換,需消除機械間隙帶來的誤差;檢測軌道運行物體難以克服滑差。

靜磁柵編碼器

優點:體積適中,直接測量直線位移,數字編碼,理論量程沒有限制;無接觸無磨損,抗惡劣環境,可水下1000米使用;接口形式豐富,量測方式多樣;價格尚能接受。

缺點:分辨度1mm不高;測量直線和角度要使用不同品種;不適于在精小處實施位移檢測(大于260毫米)。

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