教你如何認識光電編碼器         

電機編碼器分類編碼器Encoder為傳感器(Sensor)類的一種,主要用來偵測機械運動的速度、位置、角度、距離或計數,除了應用在產業機械外,許多的馬達控制如伺服馬達、BLDC伺服馬達均需配備編碼器以供馬達控制器作為換相、速度及位置的檢出所以應用范圍相當廣泛.

電機編碼器,是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器.這是目前應用最多的傳感器,光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成.光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔.由于光電碼盤與電動機同軸,電動機旋轉時,光柵盤與電動機同速旋轉,經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號,其原理示意圖如圖1所示;通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速.此外,為判斷旋轉方向,碼盤還可提供相位相差90º的兩路脈沖信號.

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,分為增量式編碼器和絕對式編碼器.

電機編碼器是利用光柵衍射原理實現位移—數字變換的,從50年代開始應用于機床和計算儀器,因其結構簡單、計量精度高、壽命長等優點,在國內外受到重視和推廣,在精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面得到廣泛的應用.

電機編碼器常規有五種輸出方式:集電極開路輸出(通用型)、互補輸出、電壓輸出、長線驅動器輸出、UVW 輸出.

工作電壓:常規有以下幾種

5V、12V、24V、5-24V(通用型)、5-30V

防護性能:常規為防油、防塵、抗震型.

彈性聯接器:編碼器軸與用戶軸聯接時,存在同軸誤差,嚴重時將損壞編碼器.要求采用彈性聯接器(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.a. 增量式編碼器特點: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90º,從而可方便地判斷出旋轉方向,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.

增量式編碼器轉軸旋轉時,有相應的脈沖輸出,其計數起點任意設定,可實現多圈無限累加和測量.編碼器軸轉一圈會輸出固定的脈沖,脈沖數由編碼器光柵的線數決定.需要提高分辨率時,可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辨率編碼器.b. 絕對式編碼器特點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來決定的,也就是說精度取決于位數,目前有10位、14位等多種.增量型旋轉編碼器軸的每圈轉動,增量型編碼器提供一定數量的脈沖.周期性的測量或者單位時間內的脈沖計數可以用來測量移動的速度.如果在一個參考點后面脈沖數被累加,計算值就代表了轉動角度或行程的參數.雙通道編碼器輸出脈沖之間相差為90º.能使接收脈沖的電子設備接收軸的旋轉感應信號, 因此可用來實現雙向的定位控制;另外,三通道增量型旋轉編碼器每一圈產生一個稱之為零位信號的脈沖.

增量型絕對值旋轉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.

旋轉增量值編碼器以轉動時輸出脈沖,通過計數設備來計算其位置,當編碼器不動或停電時,依靠計數設備的內部記憶來記住位置.這樣,當停電后,編碼器不能有任何的移動,當來電工作時,編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計數設備計算并記憶的零點就會偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯誤的結果出現后才能知道.

解決的方法是增加參考點,編碼器每經過參考點,將參考位置修正進計數設備的記憶位置.在參考點以前,是不能保證位置的準確性的.在工控中就有每次操作先找參考點,開機找零等方法.

這樣的方法對有些工控項目比較麻煩,甚至不允許開機找零(開機后就要知道準確位置),有一些工況也不允許使用中因干擾影響而產生位置錯誤,于是就有了絕對編碼器的出現.絕對值編碼器的信號輸出絕對值編碼器信號輸出有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出等,單圈低位數的編碼器一般用并行信號輸出,而高位數的和多圈的編碼器輸出信號不用并行信號(并行信號連接線多,易錯碼易損壞),一般為串行或總線型輸出.其中串行最常用的是時鐘同步串聯信號(SSI);總線型最常用的是PROFIBUS-DP型,其他的還有DeviceNet, CAN, Interbus, CC-link等;變送一體型輸出使用方便,但精度有所犧牲.結語光電檢測裝置本身是由電子元器件構成,它對安裝環境有一定的技術要求,特別是在較惡劣環境下使用,要采取相應的保護措施,以使光電檢測裝置工作在其產品要求的技術條件下,才能發揮裝置的技術性能.否則光電檢測裝置的使用壽命及其工作的可靠性都將受到不同程度的影響.結合光電檢測裝置在生產過程控制中的應用實踐,在控制系統設計中;不宜采用光電檢測裝置的信號作為重要的控制信號,以避免光電裝置突然損壞或工作不穩定(環境高溫、濕度大、機械振動、外力碰創等)引起其他設備事故.在控制系統中應用PLC程序實適進行過程控制的監控或干涉,以克服了因系統中采用光電裝置而存在的各種缺陷,是提高系統可靠性的有效途徑.