編碼器的基本原理及應(yīng)用

編制人：高杰編碼器的基本原理及應(yīng)用目錄一、編碼器的簡(jiǎn)介及分類二、編碼器的原理三、編碼器的應(yīng)用一：編碼器的簡(jiǎn)介編碼器是一類傳感器，主要是用來(lái)檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、位置、角度、計(jì)數(shù)、距離；除了應(yīng)用在機(jī)械外，許多的電機(jī)控制如伺服電機(jī)均配置編碼器以供電機(jī)控制器作為換相、速度和位置的檢測(cè)。一：編碼器的分類二：編碼器的工作原理編碼器是利用光柵衍射的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)或數(shù)字量的傳感器。經(jīng)典的光電編碼器由碼盤(pán)、檢測(cè)光柵(碼尺)、光電轉(zhuǎn)換電路（光源、光敏信號(hào)、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路）、機(jī)械部件等構(gòu)成。二：增量式編碼器特點(diǎn)：每產(chǎn)生一種輸出脈沖信號(hào)就相應(yīng)一種增量位移，但是不能經(jīng)過(guò)輸出脈沖區(qū)別出是哪個(gè)位置上的增量。能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào)，其作用是提供一種對(duì)連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感措施。測(cè)量的是相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置增量，不能夠直接測(cè)出絕對(duì)位置信息。二：增量式編碼器在碼盤(pán)上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一種增量周期。檢測(cè)光柵上刻有A、B兩組與碼盤(pán)相相應(yīng)的透光縫隙，用以經(jīng)過(guò)或阻擋光源和光電檢測(cè)二：增量式編碼器器件之間的光線，它們的節(jié)距和碼盤(pán)上的相等，而且兩組透光縫隙錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，使得光電檢測(cè)器件輸出的信號(hào)在相位上相差90°。當(dāng)碼盤(pán)伴隨被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)光柵（碼尺）不動(dòng)，光線透過(guò)碼盤(pán)和檢測(cè)光柵上的縫隙照射到光電檢測(cè)器件上，光電檢測(cè)器件就輸出兩組相位相差90°的近似于正玄波的電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理，就能夠得到被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。二：增量式編碼器信號(hào)輸出編碼器輸出A、B兩相相差為90°的脈沖信號(hào)（兩相正交信號(hào)），根據(jù)A、B兩相的先后位置關(guān)系，能夠以便地判斷出編碼器的旋轉(zhuǎn)方向。另外碼盤(pán)一般還提供用作參照零位的N相標(biāo)志脈沖信號(hào)，碼盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一周，會(huì)發(fā)出一種零位標(biāo)志信號(hào)。二：增量式編碼器優(yōu)點(diǎn)：原理構(gòu)造簡(jiǎn)樸，易于實(shí)現(xiàn)；使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)成幾百萬(wàn)小時(shí)以上；辨別率高；抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳播距離長(zhǎng)，可靠性較高。缺陷：無(wú)法直接讀出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的絕對(duì)位置信息。二：絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器的原理及構(gòu)成部件與增量式基本相同。不同的是絕對(duì)式編碼器用不同的數(shù)碼來(lái)指示每個(gè)不同的增量位置，它是直接輸出數(shù)字量的傳感器。二：絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器的圓盤(pán)上沿著徑向有若干同心碼道，每條碼道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間構(gòu)成，相鄰碼道的扇形區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤(pán)上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。在碼盤(pán)的一側(cè)是光源，另一側(cè)相應(yīng)每一碼道有一光敏元件。當(dāng)碼盤(pán)處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照是否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制碼。所以碼道越多，辨別率越高，檢測(cè)越精確。二：絕對(duì)式編碼器特點(diǎn)：不需要計(jì)數(shù)，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都能夠讀出一種固定的與位置相相應(yīng)的數(shù)字碼，即直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值。另外，相對(duì)于增量式，絕對(duì)式編碼器不存在合計(jì)誤差，而且當(dāng)斷電后位置信息也不會(huì)丟失。二：編碼器輸出信號(hào)類型一般情況下，從編碼器的光電檢測(cè)器件獲取的信號(hào)電平較低，波形也不規(guī)則，不能直接用于控制、信號(hào)處理和遠(yuǎn)距離傳播，所以在編碼器內(nèi)還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理放大、整形等處理。經(jīng)過(guò)處理的輸出信號(hào)一般近似于正玄波或矩形波，因?yàn)榫匦尾ㄝ敵鲂盘?hào)輕易進(jìn)行數(shù)字處理，所以在控制系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛。增量式光電編碼器的信號(hào)輸出有集電極開(kāi)路輸出、電壓輸出、線驅(qū)動(dòng)輸出和推挽式輸出等多種信號(hào)處理。智能通訊接口：PROFIBUS總線、CAN總線接口，能夠直接接入總線網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)通信的方式讀出實(shí)際的計(jì)數(shù)值或測(cè)量值。三：編碼器的應(yīng)用機(jī)械方面的安裝：編碼器屬于高精度一體化設(shè)備，所以編碼器軸與顧客端輸出軸之間需要采用彈性軟連接，防止因顧客軸的串動(dòng)、跳動(dòng)而造成編碼器軸系和碼盤(pán)的損壞。安裝時(shí)禁止敲擊和摔打碰撞，以免損壞軸系和碼盤(pán)。長(zhǎng)久使用時(shí)，定時(shí)檢驗(yàn)固定編碼器的螺絲是否松動(dòng)。三：編碼器的應(yīng)用電氣方面的安裝：接地線應(yīng)盡量粗，一般應(yīng)不小于1.5mm2編碼器的輸出線彼此不要搭接，以免損壞輸出線路；與編碼器相連的電機(jī)等設(shè)備，應(yīng)接地良好，不要有靜電；配線時(shí)應(yīng)采用屏蔽電纜；長(zhǎng)距離傳播時(shí)，應(yīng)考慮信號(hào)衰減原因，選用具有輸出阻抗低、抗干擾能力強(qiáng)的型號(hào)；防止在強(qiáng)電磁波環(huán)境中使用；三：編碼器的應(yīng)用故障及維修：編碼器本身元器件出現(xiàn)故障，造成其不能產(chǎn)生和輸出正確的波形，維修或更換編碼器；編碼器連接電纜故障，這種故障出現(xiàn)的幾率高，是優(yōu)先考慮的原因。一般是電纜斷路、短路或接觸不良，更換電纜或接頭；三：編碼器的應(yīng)用電纜屏蔽線未接或脫落，這么會(huì)引入干擾信號(hào)，使波形不穩(wěn)定，影響通訊的精確性，必須確保屏蔽線可靠的焊接及接地；編碼器+5V電源過(guò)低，一般不能低于