編碼器的基本原理及應用

編制人：高杰編碼器的基本原理及應用目錄一、編碼器的介紹及分類二、編碼器的原理三、編碼器的應用一：編碼器的介紹編碼器是一類傳感器，主要是用來檢測機械運動的速度、位置、角度、計數(shù)、距離；除了應用在機械外，許多的電機控制如伺服電機均配備編碼器以供電機控制器作為換相、速度和位置的檢測。一：編碼器的分類編碼器數(shù)字量編碼器增量編碼器A,-A，B,-B，C絕對值編碼器二進制碼格雷碼模擬量編碼器旋轉變壓器Sin/Cos編碼器二：編碼器的工作原理編碼器是利用光柵衍射的原理來實現(xiàn)位移-數(shù)字變換，通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成周期性的電信號或數(shù)字量的傳感器。典型的光電編碼器由碼盤、檢測光柵(碼尺)、光電轉換電路（光源、光敏信號、信號轉換電路）、機械部件等組成。二：增量式編碼器特點：每產生一個輸出脈沖信號就對應一個增量位移，但是不能通過輸出脈沖區(qū)別出是哪個位置上的增量。能夠產生與位移增量等值的脈沖信號，其作用是提供一種對連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感方法。測量的是相對于某個基準點的相對位置增量，不能夠直接測出絕對位置信息。二：增量式編碼器在碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期。檢測光柵上刻有A、B兩組與碼盤相對應的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測二：增量式編碼器器件之間的光線，它們的節(jié)距和碼盤上的相等，并且兩組透光縫隙錯開1/4節(jié)距，使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90°。當碼盤隨著被測轉軸轉動時，檢測光柵（碼尺）不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差90°的近似于正玄波的電信號，電信號經(jīng)過轉換電路的信號處理，就可以得到被測軸的轉角或速度信息。二：增量式編碼器信號輸出編碼器輸出A、B兩相相差為90°的脈沖信號（兩相正交信號），根據(jù)A、B兩相的先后位置關系，可以方便地判斷出編碼器的旋轉方向。另外碼盤一般還提供用作參考零位的N相標志脈沖信號，碼盤每旋轉一周，會發(fā)出一個零位標志信號。二：增量式編碼器優(yōu)點：原理構造簡單，易于實現(xiàn)；使用壽命長，可達到幾百萬小時以上；分辨率高；抗干擾能力強，信號傳輸距離長，可靠性較高。缺點：無法直接讀出轉動軸的絕對位置信息。二：絕對式編碼器絕對式編碼器的原理及組成部件與增量式基本相同。不同的是絕對式編碼器用不同的數(shù)碼來指示每個不同的增量位置，它是直接輸出數(shù)字量的傳感器。二：絕對式編碼器絕對式編碼器的圓盤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)相間組成，相鄰碼道的扇形區(qū)數(shù)目是雙倍關系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)。在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件。當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制碼。所以碼道越多，分辨率越高，檢測越準確。二：絕對式編碼器特點：不需要計數(shù)，在轉軸的任意位置都可以讀出一個固定的與位置相對應的數(shù)字碼，即直接讀出角度坐標的絕對值。另外，相對于增量式，絕對式編碼器不存在累計誤差，并且當斷電后位置信息也不會丟失。二：編碼器輸出信號類型一般情況下，從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不規(guī)則，不能直接用于控制、信號處理和遠距離傳輸，所以在編碼器內還需要對信號進行處理放大、整形等處理。經(jīng)過處理的輸出信號一般近似于正玄波或矩形波，因為矩形波輸出信號容易進行數(shù)字處理，所以在控制系統(tǒng)中應用比較廣泛。增量式光電編碼器的信號輸出有集電極開路輸出、電壓輸出、線驅動輸出和推挽式輸出等多種信號處理。智能通訊接口：PROFIBUS總線、CAN總線接口，可以直接接入總線網(wǎng)絡，通過通信的方式讀出實際的計數(shù)值或測量值。三：編碼器的應用機械方面的安裝：編碼器屬于高精度一體化設備，所以編碼器軸與用戶端輸出軸之間需要采用彈性軟連接，避免因用戶軸的串動、跳動而造成編碼器軸系和碼盤的損壞。安裝時嚴禁敲擊和摔打碰撞，以免損壞軸系和碼盤。長期使用時，定期檢查固定編碼器的螺絲是否松動。三：編碼器的應用電氣方面的安裝：接地線應盡量粗，一般應大于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等設備，應接地良好，不要有靜電；配線時應采用屏蔽電纜；長距離傳輸時，應考慮信號衰減因素，選用具備輸出阻抗低、抗干擾能力強的型號；避免在強電磁波環(huán)境中使用；三：編碼器的應用故障及維修：編碼器本身元器件出現(xiàn)故障，導致其不能產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)先考慮的因素。通常是電纜斷路、短路或接觸不良，更換電纜或接頭；三：編碼器的應用電纜屏蔽線未接或脫落，這樣會引入干擾信號，使波形不穩(wěn)定，影響通訊的準確性，必須保證屏蔽線可靠的焊接及接地；編碼器+5V電源過低，通常不