编码器简介

编码器是传感器的一种(),主要用于检测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数。 除了用于机械之外,许多电机控制(例如伺服电机)都需要编码器来进行电机控制。 该装置用作换向、速度和位置的检测。

编码器分类

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常见编码器的工作原理

3.1 数字编码器原理

1) 使用光电耦合器扫描安装在机械轴上的分割盘。

机械代码被转换成比例电脉冲信号。

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光源(通常是 LED)将窄光束发送到接收器(可能是光电二极管)。 光源和接收器均严格安装在旋转关节轴承的静止部分。 编码器是一个带有透明开口或窗口的遮光盘,安装在轴承的旋转部分上。

3.2 光电数字编码器原理

当轴承转动时,编码器交替地传递光束(通过圆盘上的小窗口)。 光电二极管随着位置的变化输出相应的高电平或低电平信号。 光电二极管的输出可以通过专门的电路转换为位置和速度信息。

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3.2.1 增量编码器输出

它由一个以轴为中心的光电码盘组成,上面刻有环形明暗刻线,由光电发射和接收装置读取。 获得方波信号并组合成A、B、-A-B。 信号相反。 组信号异相 90 度(一个周期为 360 度)

C、零点校正信号,码盘旋转一周,输出信号

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3.2.2 增量式编码器连接原理

1 个单相连接

用于单向计数和单向测速

2 AB两相接法,用于正反向计数,用于判断正反向和测量速度

3 ABC 三相连接,用于判断速度测量,带参考位置校正

A-AB-BC-C连接,由于对称负信号连接电流对电缆磁场贡献为零,衰减极小,抗干扰性强,可远距离输出。

如何判断正反转

由于两相AB相差90度,可以通过判断A相先来还是B相先来来判断是正转还是反转。

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如何进行调零

编码器脉冲在传输过程中,可能会因为某些原因(如干扰)而丢失脉冲信号,从而导致传输错误。 这时需要及时修正零位信号。 C编码器每转一圈发出一个脉冲,称为零脉冲或标记脉冲,零脉冲用于确定零位或标记位置。 为了准确测量零脉冲,无论旋转方向如何,零脉冲均作为两个通道的高阶组合输出。 由于通道之间存在相位差,零脉冲仅为脉冲长度的一半。

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3.2.3 增量编码器倍频

物理划分的码盘由于技术和采购的限制,无法做得更薄、更精密。 然而,通过数字电路的转换可以实现更高的脉冲。

通过A相和B相“异或”转换得到倍频信号。

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四路信号计数器还在通道 A 和 B 的每个边沿递增或递减。计数器的数量是否增加或减少取决于哪个通道领先哪个通道。 每个周期计数器的数量增加或减少4。

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3.2.4 增量式编码器的特点

编码器每旋转一个预设角度就会输出一个脉冲信号。 通过计数脉冲信号的数量来计算旋转角度。 因此,编码器输出的位置数据是相对的。

由于使用固定脉冲信号,因此可以任意设定旋转角度的起始位置。

由于是相对编码,断电后旋转角度数据会丢失,需要重新设置。

3.2.5 增量编码器问题

1 增量式编码器有零点累积误差

2.抗干扰性差,

3、接收设备停止时,需要断电后记忆。 开机时需要寻找变化或参考位置等。

绝对值编码器的出现正好解决了这些问题

3.3 绝对式编码器原理

绝对编码器光码盘上有很多光通道标记,每个标记依次由2线、4线、8线、16线组成。 。 。 。 。 。 如此安排,使得在编码器的每个位置上,通过读取每个标线的通和暗,得到一组从2到n-1次方的唯一二进制码(格雷码),这称为n位绝对编码器。 此类编码器由光电码盘的机械位置决定,不受断电和干扰的影响。

3.3.1 绝对编码器码盘

通过一组光耦合器扫描旋转盘上的代码图案。

每个位置都有自己独特的代码。

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绝对编码器输出代码

1 自然二进制码 0 0011 0100

2 循环二进制码(格雷码) 0 0010 0110

格雷码的特点:相邻整数的数字表示只有一处不同,可以避免数字转换电路中出现较大的峰值电流(如3-4、0011-0100)

二进制转格雷码转换格式:保留高位,取第二高位(二进制)并将高位与第二高位进行“异或”运算

参考十进制和格雷码

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3.3.2 绝对值编码器输出形式

1 并行输出模式

绝对编码器的位数(代码通道)有多少,信号电缆就有多少。 每根电缆代表一位数据,电缆的输出电平代表1或0。物理设备类似于增量编码器,带有采集器。 开路PNP、NPN型、差分驱动、推挽式、差分高电平有源或低电平有源针对PNP或NPN的物理器件格式,并行输出一般以格雷码的形式输出,也称为格雷码编码器

2 个同步串行接口 (SSI) 输出

串行输出意味着数据集中并在一组电缆上传输。 通过协议,数据输出在时间上是顺序的。 该协议称为通信协议。

串行输出连接线少,传输距离远,大大提高了编码器的保护性和可靠性。 一般高位数绝对式编码器和绝对式多圈编码器采用串行输出。

3 异步串行形式

指令和数据分时间和问答,接口是双工的。 典型的RS485接口只需要两根线,传输距离长。 数据内容可以是编码器的位置值,也可以是根据指令要求的其他内容。 例如为每个编码器添加不同的地址,可以是多个。 两个编码器共享传输电缆和后续接收,这种形式称为现场总线型。

4、混合编码器原理

增量编码和绝对编码在同一个码盘上完成。码盘的最外圈是高密度的增量条纹,中间是绝对编码器的二进制格雷码磁道。 码盘的转数用每转的脉冲数表示,一转内旋转的角度用网格表示。 莱码的数值计数

多圈绝对式编码器:在单圈绝对式编码器的基础上,利用了钟表齿轮机械的原理。 当中心码盘转动时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮、多组码盘)。 ),在单圈编码的基础上,增加圈数的编码,扩大编码器的测量范围

当平行光通过光栅时,产生的莫尔条纹的光强近似为余弦函数。 将四个 1/4 莫尔条纹光敏元件放置在莫尔条纹移动的方向上将产生四组正弦和余弦输出。 信号

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编码器输出形式

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标尺编码器

通过测量被测物体的直线行程长度并将测量的行程长度转换成脉冲电信号输出

一般来说,其原理是将旋转编码器的码盘拉成一条直线

光栅编码器

光栅位移传感器的工作原理是当一对光栅对中的主光栅(即刻度光栅)和辅助光栅(即指示光栅)相互发生相对位移时,光栅产生干涉和衍射。光共同产生交替的黑色和白色(或明暗)。 规则条纹的交替图案,称为莫尔条纹。 经过光电器件转换后,将相同的黑白(或明暗)条纹转换成正弦电信号,再经放大器放大,经整形电路整形,得到两个正弦波或方波,其频率分别为: 90°差值,传送至光栅数码管显示。 表计数显示。

旋转变压器

旋转变压器又称旋转变压器,是一种用于控制的微电机。 它将机械角度转换成与角度有一定函数关系的电信号。 它是一种间接测量装置。

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旋转变压器原理

1 旋转变压器是一种输出电压随转子角度变化的信号元件。当励磁绕组用一定频率的交流电压励磁时,输出绕组的电压幅值与转子角度呈正弦或余弦函数关系,或者与旋转角度保持一定的比例关系,或者在一定角度范围内与旋转角度呈线性关系。

2 旋转变压器定子和转子之间的磁通分布符合正弦规律。 因此,当对定子绕组施加励磁电压时,转子绕组通过电磁耦合产生感应电动势,如图4-9所示。 其输出电压的大小取决于转子的角位置,即随转子偏移角度呈正弦变化。根据变压器原理,初级绕组的匝数为N1,次级绕组为N2,k=N1/N2为变比。 当原边输入交流电压时

旋转变压器的应用

1. 鉴相工作方法

感应电压的相位角等于转子的机械旋转角。因此,只要检测出转子的输出电压的相位角,就可以知道转子的旋转角度。

2 鉴幅工作方法

实际应用中,通过不断修改励磁调幅电压值的电角度来跟踪机械角的变化,测量感应电压幅值,即可得到机械角位移。

5.安装编码器的注意事项

机械方面:

安装时注意允许的轴载荷

应保证编码器轴与用户输出轴的不对中度小于0.20mm,偏离轴线的角度小于1.5°。

安装时严禁敲击、跌落、碰撞,以免损坏轴系和码盘。

长期使用时,定期检查固定编码器的螺钉是否松动(每季度一次)

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电气方面:

地线应尽可能粗,一般大于1.5平方米

编码器输出线不要相互重叠,以免损坏输出电路。

请勿将编码器信号线连接至直流电源或交流电源,以免损坏输出电路。

与编码器连接的电机及其他设备应良好接地且无静电

6、编码器屏蔽线的安装

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旋转编码器内部结构图

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