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编码器及其工作原理

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2016-09-12 00:00:00【

  编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

  编码器把角位移或直线位移转换成电信号。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。

  一、主要分类

  编码器可按以下方式来分类。

  1、按码盘的刻孔方式不同分类

  (1)增量型:就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号(也有发正余弦信号,

  然后对其进行细分,斩波出频率更高的脉冲),通常为A相、B相、Z相输出,A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出,根据延迟关系可以区别正反转,而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频;Z相为单圈脉冲,即每圈发出一个脉冲。

  (2)绝对值型:就是对应一圈,每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值,通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。

  2、按信号的输出类型分为:电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出。

  3、以编码器机械安装形式分类

  (1)有轴型:有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。

  (2)轴套型:轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。

  4、以编码器工作原理可分为:光电式、磁电式和触点电刷式。

  二、安装使用

  绝对型旋转编码器的机械安装使用:

  绝对型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

  高速端安装:安装于动力马达转轴端(或齿轮连接),此方法优点是分辨率高,可充分用足量程而提高分辨率,缺点是运动物体通过减速齿轮后,来回程有齿轮间隙误差,一般用于单向高精度控制定位。另外编码器直接安装于高速端,马达抖动须较小,不然易损坏编码器。

  低速端安装:安装于减速齿轮后,如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端,此方法已无齿轮来回程间隙,测量较直接,精度较高,此方法一般测量长距离定位,例如各种提升设备,送料小车定位等。

  辅助机械安装:

  常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。

  接线方法

  旋转编码器是一种光电式旋转测量装置,它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。

  编码器如以信号原理来分,有增量型编码器,绝对型编码器。

  我们通常用的是增量型编码器,可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC,利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数,以获得测量结果。

  三、工作原理

  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,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

  由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。

  分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。

  四、主要作用

  它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器,

  这些脉冲能用来控制角位移,如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起,也可用于测量直线位移。

  编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化,然后将光变化转换成相应的电变化。一般地,旋转编码器也能得到一个速度信号,这个信号要反馈给变频器,从而调节变频器的输出数据。

  增量型与绝对型最大的区别:在增量编码器的情况下,位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的,而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里,每个位置的输出代码的读数是唯一的;因此,当电源断开时,绝对型编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通,那么位置读数仍是当前的,有效的;不像增量编码器那样,必须去寻找零位标记。

  旋转增量式编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来知道其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。为此,在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。

  绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

  五、选型注意

  应注意三方面的参数:

  1、械安装尺寸:包括定位止口,轴径,安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否满足要求。

  2、分辨率:即编码器工作时每圈输出的脉冲数,是否满足设计使用精度要求。

  3、电气接口:编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格式),电压输出(E),集电极开路(C,常见C为NPN型管输出,C2为PNP型管输出),长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。

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