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編碼器工作原理
發(fā)布時間:2011-09-27 閱讀量:3745 來源:我愛方案網(wǎng) 作者:

編碼器工作原理

由一個中心有軸的光電碼盤,其上有環(huán)形通、暗的刻線,有光電發(fā)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(wěn)定信號;另每轉(zhuǎn)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(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),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(wěn)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(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級,塑料碼盤是經(jīng)濟型的,其成本低,但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。
分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)分度5~10000線。

編碼器簡介:

編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。 編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號,前者稱為碼盤,后者稱為碼尺.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(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)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(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài) 是"1”還是"0”,通過"1”和“0”的二進制編碼來將采集來的物理信號轉(zhuǎn)換為機器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。

編碼器工作原理詳解版

增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時序和相位關(guān)系,得到其角度碼盤角 度位移量增加(正方向)或減少(負方向)。在接合數(shù)字電路特別是單片機后,增量式旋轉(zhuǎn)編碼器在角度測量和角速度測量較絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器更具有廉價和簡易的 優(yōu)勢。

下面對增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的內(nèi)部工作原理(附圖)


編碼器工作原理

A,B兩點對應兩個光敏接受管,A,B兩點間距為 S2 ,角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。

當角度碼盤以某個速度勻速轉(zhuǎn)動時,那么可知輸出波形圖中的S0:S1:S2比值與實際圖的 S0:S1:S2比值相同,同理角度碼盤以其他的速度勻速轉(zhuǎn)動時,輸出波形圖中的S0:S1:S2比值與實際圖的S0:S1:S2比值仍相同。如果角度碼 盤做變速運動,把它看成為多個運動周期(在下面定義)的組合,那么每個運動周期中輸出波形圖中的S0:S1:S2比值與實際圖的S0:S1:S2比值仍相 同。

通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序為

編碼器工作原理

我們把當前的A,B輸出值保存起來,與下一個A,B輸出值做比較,就可以輕易的得出角度碼盤 的運動方向,

如果光柵格S0等于S1時,也就是S0和S1弧度夾角相同,且S2等于S0的1/2,那么可 得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2,除以所消毫的時間,就得到此次角度碼盤運動位移角速度。

S0等于S1時,且S2等于S0的1/2時,1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角 度,如果S0不等于S1,S2不等于S0的1/2,那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。

我們常用的鼠標也是這個原理哦。

根據(jù)檢測原理,編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式, 可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

1.1增量式編碼器

增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相;A、B兩組脈沖相位差 90?,從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向,而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖,用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單,機械平均壽命可在幾萬小時以上,抗干擾能力強,可 靠性高,適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。


編碼器工作原理

光電編碼器分類和選擇

 

光電編碼器是利用光柵衍射原理實現(xiàn)位移—數(shù)字變換的,從50年代開始應用于機床和計算儀器, 因其結(jié)構(gòu)簡單、計量精度高、壽命長等優(yōu)點,在國內(nèi)外受到重視和推廣。近年來更取得長足的發(fā)展,在精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面得到廣泛的應 用。

光電編碼器按編碼方式分為二類:增量式與絕對式。

1、增量式編碼器特點:

增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時,有相應的脈沖輸出,其計數(shù)起點任意設(shè)定,可實現(xiàn)多圈無限累加和測 量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖,脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辯率時,可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辯率編碼器。

2、絕對式編碼器特點:

絕對式編碼器有與位置相對應的代瑪輸出,通常為二進制碼或 BCD 碼。從代碼數(shù)大小的變化可以判別正反方向和位移所處的位置,絕對零位代碼還可以用于停電位置記憶。絕對式編碼器的測量范圍常規(guī)為 0—360 度。

速度計與長度計一般采用增量式編碼器,以下就其參數(shù)范圍作簡要的介紹,供選型參考。

(1)光柵線數(shù):

(2)輸出方式:

常規(guī)有五種輸出方式:


集電極開路輸出(通用型)


互補輸出


電壓輸出


長線驅(qū)動器輸出


UVW 輸出


(3)工作電壓:常規(guī)有以下幾種:

5V、12V、24V、5-24V(通用型)、5-30V

(4)防護性能:常規(guī)為防油、防塵、抗震型。

(5)彈性聯(lián)接器:編碼器軸與用戶軸聯(lián)接時,存在同軸誤差,嚴重時將損壞編碼器。要求采用彈 性聯(lián)接器(編碼器廠家提供選件),解決偏心問題,一般可以做到允許扭矩 <1N.m, 不同軸度<0.2mm,軸向偏角 <1.5度。

彈性聯(lián)軸器常用規(guī)格為:

編碼器工作原理

(6)安裝使用及注意事項:

編碼器屬于高精密儀器,安裝時不得敲擊和碰撞。軸端聯(lián)接避免鋼性聯(lián)接,而應采用彈性聯(lián)軸器、 尼龍齒輪或同步帶聯(lián)接傳動。使用轉(zhuǎn)速不要超過標稱轉(zhuǎn)速,否則會影響電氣信號。


光電編碼器的簡單認識

 

光電編碼器,是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這 是目前應用最多的傳感器,光電編碼器的工作原理如圖所示,在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條,在圓盤兩側(cè),安放發(fā)光元件和光敏元件。當圓盤旋轉(zhuǎn)時, 光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化,光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變?yōu)槊}沖,碼盤上有之相標志,每轉(zhuǎn)一圈輸出一個脈沖。此外,為判斷旋轉(zhuǎn)方向,碼盤還 可提供相位相差90?的兩路脈沖信號,如圖所示。

編碼器工作原理

根據(jù)檢測原理,編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式, 可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

1、增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相;A、B兩組脈沖相位 差90?,從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向,而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖,用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單,機械平均壽命可在幾萬小時以上,抗干擾能力強, 可靠性高,適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。

2、絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制(葛萊碼)方式進行光電轉(zhuǎn)換的。絕對式編碼器 與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形,絕對編碼器可有若干編碼,根據(jù)讀出碼盤上的編碼,檢測絕對位置。編碼的設(shè)計可采用二進制碼、循 環(huán)碼、二進制補碼等。它的特點是:

(1)可以直接讀出角度坐標的絕對值;

(2)沒有累積誤差;

(3)電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的,也就是說精度取決 于位數(shù),目前有10位、14位等多種。

3、混合式絕對值編碼器,它輸出兩組信息:一組信息用于檢測磁極位置,帶有絕對信息功能;另 一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。

光電編碼器是一種角度(角速度)檢測裝置,它將輸入給軸的角度量,利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖或數(shù)字量,具有體積小,精度高,工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點。它廣泛應用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等 需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。

增量型和絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器

 

一、增量型旋轉(zhuǎn)編碼器

軸的每轉(zhuǎn)動一周,增量型編碼器提供一定數(shù)量的脈沖。

周期性的測量或者單位時間內(nèi)的脈沖計數(shù)可以用來測量移動的速度。

如果在一個參考點后面脈沖數(shù)被累加,計算值就代表了轉(zhuǎn)動角度或行程的參數(shù)。雙通道編碼器輸出 脈沖A、B之間相差為90O,能使接收脈沖的電子設(shè)備接收軸的旋轉(zhuǎn)感應信號,因此可用來實現(xiàn)雙向的定位控制;另外,三通道增量型旋轉(zhuǎn)編碼器每一圈產(chǎn)生一個 稱之為零位信號的脈沖(Z)。

二、增量型絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器

絕對值編碼器為每一個軸的位置提供一個獨一無二的編碼數(shù)字值。特別是在定位控制應用中,絕對 值編碼器減輕了電子接收設(shè)備的計算任務,從而省去了復雜的和昂貴的輸入裝置:而且,當機器合上電源或電源故障后再接通電源,不需要回到位置參考點,就可利 用當前的位置值。

單圈絕對值編碼器把軸細分成規(guī)定數(shù)量的測量步,最大的分辨率為13位,這就意味著最大可區(qū)分 8192個位置+多圈絕對值編碼器不僅能在一圈內(nèi)測量角位移,而且能夠用多步齒輪測量圈數(shù)。多圈的圈數(shù)為12位,也就是說最大4096圈可以被識別。總的 分辨率可達到25位或者33,554,432個測量步數(shù)。并行絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器傳輸位置值到估算電子裝置通過幾根電纜并行傳送。

假設(shè)串行絕對值編碼器,輸出數(shù)據(jù)可以用標準的接口和標準化的協(xié)議傳送,同時在過去點對點的連 接實現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)傳送。

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