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                  特奈斯
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                  什么是編碼器

                  什么是編碼器

                  什么是編碼器

                  編碼器(encoder)是將信號(如比特流)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。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種;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。
                  一、編碼器的分類
                  根據檢測原理,編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式,根據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:
                  增量式編碼器是直接利用光電轉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度,從而可方便的判斷出旋轉方向,而Z相為每轉一個脈沖,用于基準點定位。它的優點是原理構造簡單,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動的絕對位置信息。
                  2、 絕對式編碼器:
                  絕對式編碼器是直接輸出數字的傳感器,在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤,每條道上有透光和不透光的扇形區相間組成,相鄰碼道的扇區樹木是雙倍關系,碼盤上的碼道數是它的二進制數碼的位數,在嗎盤的一側是光源,另一側對應每一碼道有一光敏元件,當嗎盤處于不同位置時,各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號,形成二進制數。這種編碼器的特點是不要計數器,在轉軸的任意位置都可讀書一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然,嗎道必須N條嗎道。目前國內已有16位的絕對編碼器產品。
                  3、混合式絕對編碼器:
                  混合式絕對編碼器,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。
                   
                  二、光電編碼器的應用
                  增量型編碼器與絕對型編碼器區別
                  1、角度測量
                  汽車駕駛模擬器,對方向盤旋轉角度的測量選用光電編碼器作為傳感器。重力測量儀,采用光電編碼器,把他的轉軸與重力測量儀中補償旋鈕軸相連,扭轉角度儀,利用編碼器測量扭轉角度變化,如扭轉實驗機、漁竿扭轉釣性測試等。擺錘沖擊實驗機,利用編碼器計算沖擊是擺角變化。
                  2、長度測量
                  計米器,利用滾輪周長來測量物體的長度和距離。
                  拉線位移傳感器,利用收卷輪周長計量物體長度距離。
                  聯軸直測,與驅動直線位移的動力裝置的主軸聯軸,通過輸出脈沖數計量。
                  介質檢測,在直齒條、轉動鏈條的鏈輪、同步帶輪等來傳遞直線位移信息。
                  3、速度測量
                  線速度,通過跟儀表連接,測量生產線的線速度
                  角速度,通過編碼器測量電機、轉軸等的速度測量
                  4、位置測量
                  機床方面,記憶機床各個坐標點的坐標位置,如鉆床等
                  自動化控制方面,控制在牧歌位置進行指定動作。如電梯、提升機等
                  5、同步控制
                  通過角速度或線速度,對傳動環節進行同步控制,以達到張力控制
                   
                  三、增量型編碼器(旋轉型)
                  1、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。
                  2、信號輸出:
                  信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL為長線差分驅動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出,編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。
                  信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數器、PLC、計算機,PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,開關頻率有低有高。
                  如單相聯接,用于單方向計數,單方向測速。
                  A.B兩相聯接,用于正反向計數、判斷正反向和測速。
                  A、B、Z三相聯接,用于帶參考位修正的位置測量。
                  A、A-,B、B-,Z、Z-連接,由于帶有對稱負信號的連接,電流對于電纜貢獻的電磁場為0,衰減最小,抗干擾最佳,可傳輸較遠的距離。
                  對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達150米。
                  對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達300米。
                  3、增量式編碼器的問題:
                  增量型編碼器存在零點累計誤差,抗干擾較差,接收設備的停機需斷電記憶,開機應找零或參考位等問題,這些問題如選用絕對型編碼器可以解決。
                  增量型編碼器的一般應用:
                  測速,測轉動方向,測移動角度、距離(相對)。
                   
                  四、絕對型編碼器(旋轉型)
                  絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線,每道刻線依次以2線、4線、8線、16 線……編排,這樣,在編碼器的每一個位置,通過讀取每道刻線的通、暗,獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼(格雷碼),這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的,它不受停電、干擾的影響。
                  絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的,它無需記憶,無需找參考點,而且不用一直計數,什么時候需要知道位置,什么時候就去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。
                   
                  五、單圈絕對值編碼器與多圈絕對值編碼器
                  旋轉單圈絕對值編碼器,以轉動中測量光電碼盤各道刻線,以獲取唯一的編碼,當轉動超過360度時,編碼又回到原點,這樣就不符合絕對編碼唯一的原則,這樣的編碼只能用于旋轉范圍360度以內的測量,稱為單圈絕對值編碼器。
                  如果要測量旋轉超過360度范圍,就要用到多圈絕對值編碼器。
                  編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理,當中心碼盤旋轉時,通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼,以擴大編碼器的測量范圍,這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器,它同樣是由機械位置確定編碼,每個位置編碼唯一不重復,而無需記憶。
                  多圈編碼器另一個優點是由于測量范圍大,實際使用往往富裕較多, 這樣在安裝時不必要費勁找零點, 將某一中間位置作為起始點就可以了,而大大簡化了安裝調試難度。
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