光電編碼器分類

　　編碼器Encoder為傳感器(Sensor)類的一種,主要用來(lái)偵測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、位置、角度、距離或計(jì)數(shù),除了應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)機(jī)械外,許多的馬達(dá)控制如伺服馬達(dá)、BLDC伺服馬達(dá)均需配備編碼器以供馬達(dá)控制器作為換相、速度及位置的檢出所以應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛.

　　光電編碼器,是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器.這是目前應(yīng)用最多的傳感器,光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成.光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔.由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸,電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn),經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào),其原理示意圖如圖1所示;通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.此外,為判斷旋轉(zhuǎn)方向,碼盤還可提供相位相差90º的兩路脈沖信號(hào).

　　根據(jù)檢測(cè)原理,編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式.

　　根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式,分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器.

　　光電編碼器是利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移—數(shù)字變換的,從50年代開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)床和計(jì)算儀器,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量精度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外受到重視和推廣,在精密定位、速度、長(zhǎng)度、加速度、振動(dòng)等方面得到廣泛的應(yīng)用.

　　光電編碼器常規(guī)有五種輸出方式:集電極開(kāi)路輸出(通用型)、互補(bǔ)輸出、電壓輸出、長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器輸出、UVW輸出.

　　工作電壓:常規(guī)有以下幾種

　　5V、12V、24V、5-24V(通用型)、5-30V

　　防護(hù)性能:常規(guī)為防油、防塵、抗震型.

　　彈性聯(lián)接器:編碼器軸與用戶軸聯(lián)接時(shí),存在同軸誤差,嚴(yán)重時(shí)將損壞編碼器.要求采用彈性聯(lián)接器(編碼器廠家提供選件),解決偏心問(wèn)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(diǎn):

　　增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方向,而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖,用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位.它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單,機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,適合于長(zhǎng)距離傳輸.其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息.

　　增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),有相應(yīng)的脈沖輸出,其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定,可實(shí)現(xiàn)多圈無(wú)限累加和測(cè)量.編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會(huì)輸出固定的脈沖,脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定.需要提高分辨率時(shí),可利用90度相位差的A、B兩路信號(hào)進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器.

　　b.絕對(duì)式編碼器特點(diǎn)

　　1．可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值;

　　2．沒(méi)有累積誤差;

　　3．電源切除后位置信息不會(huì)丟失.但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來(lái)決定的,也就是說(shuō)精度取決于位數(shù),目前有10位、14位等多種.

       增量型旋轉(zhuǎn)編碼器

　　軸的每圈轉(zhuǎn)動(dòng),增量型編碼器提供一定數(shù)量的脈沖.周期性的測(cè)量或者單位時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)可以用來(lái)測(cè)量移動(dòng)的速度.如果在一個(gè)參考點(diǎn)后面脈沖數(shù)被累加,計(jì)算值就代表了轉(zhuǎn)動(dòng)角度或行程的參數(shù).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(shè)備接收軸的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)信號(hào),因此可用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向的定位控制;另外,三通道增量型旋轉(zhuǎn)編碼器每一圈產(chǎn)生一個(gè)稱之為零位信號(hào)的脈沖.

　　增量型絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器絕對(duì)值編碼器為每一個(gè)軸的位置提供一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的編碼數(shù)字值.特別是在定位控制應(yīng)用中,絕對(duì)值編碼器減輕了電子接收設(shè)備的計(jì)算任務(wù),從而省去了復(fù)雜的和昂貴的輸入裝置:而且,當(dāng)機(jī)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(diǎn),就可利用當(dāng)前的位置值.

　　旋轉(zhuǎn)增量值編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖,通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)計(jì)算其位置,當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí),依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置.這樣,當(dāng)停電后,編碼器不能有任何的移動(dòng),當(dāng)來(lái)電工作時(shí),編碼器輸出脈沖過(guò)程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計(jì)數(shù)設(shè)備計(jì)算并記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移,而且這種偏移的量是無(wú)從知道的,只有錯(cuò)誤的結(jié)果出現(xiàn)后才能知道.

　　解決的方法是增加參考點(diǎn),編碼器每經(jīng)過(guò)參考點(diǎn),將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置.在參考點(diǎn)以前,是不能保證位置的準(zhǔn)確性的.在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn),開(kāi)機(jī)找零等方法.

　　這樣的方法對(duì)有些工控項(xiàng)目比較麻煩,甚至不允許開(kāi)機(jī)找零(開(kāi)機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置),有一些工況也不允許使用中因干擾影響而產(chǎn)生位置錯(cuò)誤,于是就有了絕對(duì)編碼器的出現(xiàn).

　　絕對(duì)值編碼器的信號(hào)輸出

　　絕對(duì)值編碼器信號(hào)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(shù)的編碼器一般用并行信號(hào)輸出,而高位數(shù)的和多圈的編碼器輸出信號(hào)不用并行信號(hào)(并行信號(hào)連接線多,易錯(cuò)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(shí)鐘同步串聯(lián)信號(hào)(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(jié)語(yǔ)

　　光電檢測(cè)裝置本身是由電子元器件構(gòu)成,它對(duì)安裝環(huán)境有一定的技術(shù)要求,特別是在較惡劣環(huán)境下使用,要采取相應(yīng)的保護(hù)措施,以使光電檢測(cè)裝置工作在其產(chǎn)品要求的技術(shù)條件下,才能發(fā)揮裝置的技術(shù)性能.否則光電檢測(cè)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(jié)合光電檢測(cè)裝置在生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用實(shí)踐,在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中;不宜采用光電檢測(cè)裝置的信號(hào)作為重要的控制信號(hào),以避免光電裝置突然損壞或工作不穩(wěn)定(環(huán)境高溫、濕度大、機(jī)械振動(dòng)、外力碰創(chuàng)等)引起其他設(shè)備事故.在控制系統(tǒng)中應(yīng)用PLC程序?qū)嵾m進(jìn)行過(guò)程控制的監(jiān)控或干涉,以克服了因系統(tǒng)中采用光電裝置而存在的各種缺陷,是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑.