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編碼器的種類及其工作原理

時間:2022-12-8 點擊:595
  

生活中經常使用的電梯是如何將人們送到指定樓層的呢?機床怎樣才能精確地切割材料?伺服電機如何保證旋轉位置的準確性?這一切都要歸功于一個藏物,編碼器。但是什么是編碼器呢?他是如何準確測量馬達的位置的?今天,我們來談談編碼器。

一、什么是編碼器

編碼器是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號,前者稱為碼盤,后者稱為碼尺。他是工業中常用的電機定位設備,可以精確的測試電機的角位移和旋轉位置。

二、編碼器分類

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沖,用脈沖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。

增量式

增量式編碼器通常有3個輸出口,分別為A相、B相、Z相輸出,A相與B相之間相互延遲1/4周期的脈沖輸出,根據延遲關系可以區別正反轉,而且通過取A相、B相的上升和下降沿可以進行2或4倍頻;Z相為單圈脈沖,即每圈發出一個脈沖。

增量測量法的光柵由周期性柵條組成。位置信息通過計算自某點開始的增量數(測量步距數)獲得。由于必須用絕對參考點確定位置值,因此圓光柵碼盤還有一個參考點軌。

絕對式

絕對式編碼器就是對應一圈,每個基準的角度發出一個唯一與該角度對應二進制的數值,通過外部記圈器件可以進行多個位置的記錄和測量。

編碼器通電時就可立即得到位置值并隨時供后續信號處理電子電路讀取。無需移動軸執行參考點回零操作。絕對位置信息來自圓光柵碼盤,它由一系列絕對碼組成。單獨的增量刻軌信號通過細分生成位置值,同時也能生成供選用的增量信號。

單圈編碼器的絕對位置值信息每轉一圈重復一次。多圈編碼器也能區分每圈的位置值。

它們存著最大的區別: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,而絕對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唯一的,因此當電源斷開時,絕對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。

三、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。

四、位置測量及反饋控制原理

在電梯、機床、材料加工、電動機反饋系統以及測量和控制設備中,編碼器占領著極其重要的地位。編碼器運用光柵和紅外光源通過接收器將光信號轉換成TTL(HTL)的電信號,通過對TTL電平頻率和高電平個數的分析,直觀地反映出電機的旋轉角度和旋轉位置。

由于角度和位置都可以精確的測量,所以可以將編碼器和變頻器組成閉環控制系統,將控制更加精確化,這也是為什么電梯、機床等能這么精確使用的原因所在。

綜上所述,我們知道編碼器可以按結構分為增量式和絕對式。它們還將其他信號,如光信號,轉換成可以分析和控制的電信號。我們生活中常用的電梯和機床都是根據電機進行精確調整的。通過對電信號的反饋閉環控制,編碼器和變頻器自然可以實現精確控制。

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