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编码器工作原理

目前,编码器工作原理在当代的应用可谓是越来越广泛,编码器工作原理是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解编码器工作原理。  ---查看全文 >>

关键字:编码器 

编码器工作原理

目前,编码器工作原理在当代的应用可谓是越来越广泛,编码器工作原理是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解编码器工作原理。

编码器工作原理
编码器工作原理

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。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
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。

编码器简介:

编码器(encoder)是将信号(如比特流)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,前者称为码盘,后者称为码尺.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种.接触式采用电刷输出,一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1”还是“0”;非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是"1”还是"0”,通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。

编码器工作原理详解版

增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系,得到其角度码盘角 度位移量增加(正方向)或减少(负方向)。在接合数字电路特别是单片机后,增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的 优势。

下面对增量式旋转编码器的内部工作原理(附图)

 

编码器工作原理
编码器工作原理

A,B两点对应两个光敏接受管,A,B两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。

当角度码盘以某个速度匀速转动时,那么可知输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的 S0:S1:S2比值相同,同理角度码盘以其他的速度匀速转动时,输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值仍相同。如果角度码 盘做变速运动,把它看成为多个运动周期(在下面定义)的组合,那么每个运动周期中输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值仍相 同。

通过输出波形图可知每个运动周期的时序为

编码器工作原理

我们把当前的A,B输出值保存起来,与下一个A,B输出值做比较,就可以轻易的得出角度码盘 的运动方向,

如果光栅格S0等于S1时,也就是S0和S1弧度夹角相同,且S2等于S0的1/2,那么可 得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2,除以所消毫的时间,就得到此次角度码盘运动位移角速度。

S0等于S1时,且S2等于S0的1/2时,1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角 度,如果S0不等于S1,S2不等于S0的1/2,那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。

我们常用的鼠标也是这个原理哦。

根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式, 可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

1.1增量式编码器

增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差 90?,从而可方便地判断出旋转方向,而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力强,可 靠性高,适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。


编码器工作原理

光电编码器分类和选择

 

光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的,从50年代开始应用于机床和计算仪器, 因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点,在国内外受到重视和推广。近年来更取得长足的发展,在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应 用。

光电编码器按编码方式分为二类:增量式与绝对式。

1、增量式编码器特点:

增量式编码器转轴旋转时,有相应的脉冲输出,其计数起点任意设定,可实现多圈无限累加和测 量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲,脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时,可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。

2、绝对式编码器特点:

绝对式编码器有与位置相对应的代玛输出,通常为二进制码或 BCD 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置,绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0—360 度。

速度计与长度计一般采用增量式编码器,以下就其参数范围作简要的介绍,供选型参考。

(1)光栅线数:

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(2)输出方式:

常规有五种输出方式:


集电极开路输出(通用型)


互补输出


电压输出


长线驱动器输出


UVW 输出


(3)工作电压:常规有以下几种:

5V、12V、24V、5-24V(通用型)、5-30V

(4)防护性能:常规为防油、防尘、抗震型。

(5)弹性联接器:编码器轴与用户轴联接时,存在同轴误差,严重时将损坏编码器。要求采用弹 性联接器(编码器厂家提供选件),解决偏心问题,一般可以做到允许扭矩 <1N.m, 不同轴度<0.2mm,轴向偏角 <1.5度。

弹性联轴器常用规格为:

编码器工作原理

(6)安装使用及注意事项:

编码器属于高精密仪器,安装时不得敲击和碰撞。轴端联接避免钢性联接,而应采用弹性联轴器、 尼龙齿轮或同步带联接传动。使用转速不要超过标称转速,否则会影响电气信号。


光电编码器的简单认识

 

光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这 是目前应用最多的传感器,光电编码器的工作原理如图所示,在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条,在圆盘两侧,安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时, 光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化,光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲,码盘上有之相标志,每转一圈输出一个脉冲。此外,为判断旋转方向,码盘还 可提供相位相差90?的两路脉冲信号,如图所示。

编码器工作原理

根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式, 可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

1、增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位 差90?,从而可方便地判断出旋转方向,而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力强, 可靠性高,适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

2、绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制(葛莱码)方式进行光电转换的。绝对式编码器 与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形,绝对编码器可有若干编码,根据读出码盘上的编码,检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循 环码、二进制补码等。它的特点是:

(1)可以直接读出角度坐标的绝对值;

(2)没有累积误差;

(3)电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的,也就是说精度取决 于位数,目前有10位、14位等多种。

3、混合式绝对值编码器,它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位置,带有绝对信息功能;另 一组则完全同增量式编码器的输出信息。

光电编码器是一种角度(角速度)检测装置,它将输入给轴的角度量,利用光电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字量,具有体积小,精度高,工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等 需要检测角度的装置和设备中。

增量型和绝对值旋转编码器

 

一、增量型旋转编码器

轴的每转动一周,增量型编码器提供一定数量的脉冲。

周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。

如果在一个参考点后面脉冲数被累加,计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出 脉冲A、B之间相差为90O,能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号,因此可用来实现双向的定位控制;另外,三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个 称之为零位信号的脉冲(Z)。

二、增量型绝对值旋转编码器

绝对值编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。特别是在定位控制应用中,绝对 值编码器减轻了电子接收设备的计算任务,从而省去了复杂的和昂贵的输入装置:而且,当机器合上电源或电源故障后再接通电源,不需要回到位置参考点,就可利 用当前的位置值。

单圈绝对值编码器把轴细分成规定数量的测量步,最大的分辨率为13位,这就意味着最大可区分 8192个位置+多圈绝对值编码器不仅能在一圈内测量角位移,而且能够用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位,也就是说最大4096圈可以被识别。总的 分辨率可达到25位或者33,554,432个测量步数。并行绝对值旋转编码器传输位置值到估算电子装置通过几根电缆并行传送。

假设串行绝对值编码器,输出数据可以用标准的接口和标准化的协议传送,同时在过去点对点的连 接实现了串行数据传送。

综上所述,本文已为讲解编码器工作原理,相信大家对编码器工作原理的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。

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