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      增量式編碼器介紹
      時間:2020-07-13 21:44 作者:ns來源:西安諾希瀏覽:
      編碼器(encoder):
      編碼器是以數字化信息將角度、長度、速度等物理量的信息以數字量0、1編碼的方式輸出的傳感器,由于其具有高精度,大量程測量,反應快,數字化輸出特點;體積小,重量輕,機構緊湊,安裝方便,維護簡單,工作可靠等優良特點,故成為當今工業控制系統備受青睞及不可或缺的一部分。
      1)其以測量方式來分,有直線型編碼器,旋轉型編碼器。
      2)其以輸出信號來分,有增量型編碼器,絕對型編碼器。
      3)其以內部的反應元件分,有光電式編碼器,磁柵式編碼器。
      4)其以機械機構形式分,有軸承式編碼器和無軸承式編碼器(EX:海德漢)
      增 量 型 旋 轉 編 碼 器 (Incremental Rotary Encoders)


      工作原理:
      由一個中心有軸的光電碼盤,其上有環形明、暗均勻間隔的刻線,通過光電發射元件和接收器件來獲得四組正弦波信號:A、B、/A、/B,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度),通過電路處理后便可得到A,B兩相差90°的方波脈沖或正弦波;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。


      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。




      △ 
      :旋轉編碼器的整體結構,講述一下,以知道其內部結構,安裝形式。
      增量式編碼器結構及常用參數


      機械外型(Mechanical)—編碼器以轉軸類型分,有實心軸(shaft/ Full)和空心軸(hollow type)之分;而空心型又分為全中空(Through Shaft/Though)和半中空(Hollow Shaft/ Blind)型:就安裝法蘭分,有同步法蘭型(synchro-flange),夾緊法蘭(clamping flange)型、彈夾片(stator)型。
      軸徑尺寸(Shaft Dimension)—編碼器實心軸軸徑有6毫米*、8毫米、10毫米*、12毫米等,空心軸的軸徑有8毫米、10毫米、12毫米*、大口徑20~50毫米*等,其中帶*號的是常規規格。


      分辨率(Resolution)—編碼器在單轉時每旋轉一周所輸出的信號個數稱之為分辨率,也稱解析度、或直接稱多少線,一般編碼器輸出線數為5~10000線。如:1024ppr、2048ppr等
      響應頻率(Frequence)—編碼器在機械轉速所允許的范圍內所能獲得的最大輸出感應頻率,也就是在一秒鐘內所能感應到的信號的個數。比如:0~200KHZ。
      機械轉速 (Speed) —編碼器的結構設計使得其所能達到和承受的最大旋轉速度,其表示為一分鐘內所能達到的旋轉速度—rpm;(故編碼器的最大工作速度應同時兼顧編碼器的機械轉速、響應頻率以及編碼器后續接收設備的開關頻率)
      工作電源 (Power-Vcc)—編碼器一般只有兩種電壓,其一為DC9~36V,另一為DC5V標準電壓


      工作溫度(Temperature)—編碼器的最高最低工作溫度代表了編碼器內部機械[配合和組成以及電子元氣件的水平,較好的編碼器工作溫度從-40到100℃。事實上在低溫情況下,受限制的是內部電子零件和外部的電纜以及密封特性。


      防護等級(Protection)—是指編碼器的防塵、防水性能,以國際標準IP(International Protection)的兩位數表示,第一位0—6代表防塵,第二位0—8代表防水,IP54是最低的有限制條件的防塵防水標準,IP67可防水浸。并非在室內恒溫條件下工作就不需要防水,因為編碼器在工作和停機兩種情況下,內部空氣會熱脹冷縮,密封不好,在停機是會有壓縮性水氣進入。專業的編碼器的防護等級分電氣外殼部分和轉軸部分,有不同。轉軸部分由于編碼器的旋轉要求,往往要略低。


      傳輸距離(Cable length)—對于TTL(DC 5V)的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達150米左右。
      對于HTL(DC:9~30V)的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達300米左右。
      編碼器軸負荷(Load on shaft)—因為要考慮到編碼器在運轉過程中軸所能承受的的最大負荷,故應根據客戶對軸負荷的要求來幫助他們選取適宜的編碼器。此負荷分軸向受力(Axial shaft load)(垂直軸徑的方向)和徑向受力(Radial shaft load)(與軸徑同向),根據產品質量不同有幾N到上百N等。
      編碼器輸出信號(Output Signals):
      1) 只有A相單信號,此狀況用于單方向計數,單方向測速(此一般為低端編碼器)。
      2) A、B兩相聯接,此用于正反向計數、判斷正反向和測速。
      3) A、B、Z三相聯接,除了具備“2)”所有功能外,還用于帶參考位修正的位置測量。
      4) 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抵消為0,此狀況衰減最小,抗干擾最佳,可傳輸較遠的距離。
      5)A、/A,B、/B,Z、/Z,U、/U,V、/V,W、/W連接,此編碼器帶有U,V,W相,是用在伺服電機上用來磁極對位而決定控制點的初始位置的。其U,V,W之間一般以相差120°為最多。(Sumtak,Tamagawa具體產品如下所示:)
      信號形式(Signal types):
      (1)       首先從波形上有正弦波(*)輸出和方波輸出這兩種波形
      (2)       具體的信號輸出形式又可細分為如下幾種:
      1.       推拉輸出型(Push-pull Output).此輸出電路又稱為HTL ,其電源電壓一般為:DC10~36V,因有較大的電源功率,故即有良好的抗干擾能力又可以實現長線傳輸。
      2.       集電極開路型(Open-collector)此電路設計是為了更好的與一些PLC接口兼容。根據輸出端三極管的極性不同,其又分為:NPN和PNP這兩種。
      3.      



       
       




      長線驅動型(Line Drive)此電路電源電壓為DC5V,為TTL電平輸出,與國際標準RS422接口直接兼容。此電路輸出信號為A、/A,B、/B,Z、/Z,由于帶有對稱負信號的連接,電流對于電纜貢獻的電磁場抵消為0,此狀況衰減最小,抗干擾最佳,反應時間較短,又可傳輸較遠的距離。




      編碼器其它相關知識
      電纜及插頭輸出(Cable ,Connector)—編碼器的信號線一般有直接線纜引出和利用航空插頭引出,這個視客戶的具體要求而幫他們選擇之
      最大響應頻率計算公式(Frequence)—F=P·n/60 ( F單位為Hz, P為編碼器的解析度, N為電機及編碼器的最大機械旋轉速度 )
      編碼器存放注意事項(Storage Options )—因編碼器為精密類產品,故不可受強力碰撞或敲擊,在運輸過程中亦要保證不能受到大的顛簸而導致損壞。
      傳輸線纜(Cable)—對于需要較遠傳輸距離的編碼器來說,其輸出線纜務必采用雙絞屏蔽線,如此,才可以保證信號所受干擾最小。且屏蔽線有而且只能有一端接地,具體是接在編碼器端還是客戶端視實際情況而定。
      接線走向—在實際的工業現場中,因考慮到大功率電源線所發出的干擾波,故編碼器的線纜不可與電源線呈平行狀態來排布,盡量使二者為垂直走向為最佳。
      編碼器接線要點—編碼器在實際接線時要嚴格以該產品的使用說明書為準,不可接錯,尤其不能使電源線反接,否則,將有燒壞編碼器的可能。信號線若連接不正確,則將會輸出亂碼或使驅動系統無法運行。


      有客戶問為什么編碼器會有如此大的價格差異
      1)首先從電路部分,包括元氣件以及信號輸出功能部分,因不同的選擇便會有較大的價格差異
      2)機械部分采用性能不同的軸承,包括本體的材料等,亦會有較大之差
      3)編碼器的IP防護等級,本身所能承受的溫度范圍,所承受的震動,負載等,
      4)整體的制作環境,完善的實驗測試設備和環境,以及產品所達到的精度等


      一般客戶的基本選型參數
      1)  首先問是選用增量式還是絕對式
      2)  然后是問增量式的解析度或絕對式的位數,如1024ppr, 12bits
      3)  接下來問客戶所需要編碼器的電源電壓以及信號輸出形式,比如:24V HTL 輸出,5V Line Drive 輸出
      4)  最后問對方所需求編碼器的外圍尺寸,軸(實心或空心)及軸的尺寸
      5)  基本上而言,如果能確定了以上數據之后,便基本上可以替對方選出一款符合對方要求的編碼器了


      增量式編碼器的不足之處:
      因為增量式編碼器只是每周輸出一定數量的脈沖數字,有一個參考零點來做基準點的調整。但此編碼器有一問題是當工作中出現掉電后將失去基準位置,也就是再上電時還得重新來尋找基準點,如此在有些工業現場中是不允許這樣的。為此,針對增量式的這種不足,便有了絕對值式編碼器的出現,絕對式編碼器具有掉電記憶功能,彌補了增量式的這種不足。
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