编码器有那几种类型?并详细介绍个种编码器的工作原理及其他们之间的异同?
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③ 3通道信号
在双通道编码器的基础上增加了一个零位信号,用于基准点定位一般测长度使用该信号,测速一般不使用该信号,可以测试速度、旋转方向和定位。信号输出如图:
④ 6通道信号
在3通道编码器的基础上将每一通道信号增加一个反向输出,即为6通道编码器,反向信号的存在主要是为了消除干扰及补偿损耗,以便可以长距离的传输。信号输出如图:
3)绝对式编码器
N位绝对式编码器有N个码道,最外层的码道对应编码的最低位。每一码道有一个光耦合器,用来读取该码道的0、1数据。绝对式编码器的N位二进制数反映了运动物体所处的位置,根据位置的变化情况,可以判别出旋转方向。
编码器就是一个传感器,其通过某种手段把转速、转角或者位移等物理量通过装换变成能够远传的电信号,其实质就是把物理量变成电信号的一种仪器,偶记得工控网上曾经举行过一个在线研讨会介绍的就是编码器的产品。
编码器的分类根据编码器的使用情况,检测原理分为几种方式,从编码器的安装形式看有接触式和非接触式。接触式是通过某种设计使其做到与被测设备接触导电与接触绝缘的相互交替输出一个脉冲信号,以此来对被测设备进行转速、转角的计量。非接触式是通过光电转换、电磁装换或者光敏元件等检测部件上的透光与不透光区的频率来检测部件旋转速度。
根据编码器的检测转换原理可分为增量式和绝对式,增量式就是通过检测部件的周期性导通、绝缘的规律来产生一个周期性的频率信号,把这个频率信号远传到控制室在经过软件的计数就可知道部件的速度和转角,其实质就是一个计数器的检测部分。这个大多数的电机转速、设备转角都是用到这种方法。
在仪表放面主要应用于容积式流量计的流量信号远传和累积,比如原先就地指示的容积式流量计安装远传探头后就可以在控制室内检测和计量,其内部就编码器的原理通过光电转换把光栅的转动速度变成脉冲输出。此外一些通用电子流量计内部的齿轮选择的速度也是通过编码器来变成脉冲输出以此来计量流过介质的流量大小,其转换是通过电磁转换把齿轮的角速度变成脉冲频率信号。
绝对式编码器是通过某种转换把物理量的全部测量范围转换成一个二进制信号,即对全量程的物理信号进行切割划分成最小单位一样的二进制代码,其每一个设备位置都有一个确定唯一的数值相对应。在仪表应用中最常见的就是灌区液位检测中的浮盘码带液位计,这种液位计的码尺上都均匀分布着二进制代码(通过码尺上信息码缺空的大小长短和数量进行检测),编码器通过光电转换读取码尺上的二进制代码然后变成数字信号远传至控制室进行显示就可知道现场液位的大小。
不同厂家的编码器型号、安装方式、检测手段、输出信号可能不同,但是最根本的目的都是把物理量变成电信号远传,其实质都是一个传感变送器。
一类型:
根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式,可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
二工作原理:
(一)增量式编码器
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差90o,从而可方便地判断出旋转方向,而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力强,可靠性高,适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
(二)绝对式编码器
绝对编码器是直接输出数字量的传感器,在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道,每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成,相邻码道的扇区数目是双倍关系,码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数,在码盘的一侧是光源,另一侧对应每一码道有一光敏元件;当码盘处于不同位置时,各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号,形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器,在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然,码道越多,分辨率就越高,对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器,其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制(葛莱码)方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形,绝对编码器可有若干编码,根据读出码盘上的编码,检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是:
1.可以直接读出角度坐标的绝对值;
2.没有累积误差;
3.电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的,也就是说精度取决于位数,目前有10位、14位等多种。
(三)混合式绝对值编码器
混合式绝对值编码器,它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位置,带有绝对信息功能;另一组则完全同增量式编码器的输出信息。
光电编码器是一种角度(角速度)检测装置,它将输入给轴的角度量,利用光电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字量,具有体积小,精度高,工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。
二、光电编码器的应用电路
(一)EPC-755A光电编码器的应用
EPC-755A光电编码器具备良好的使用性能,在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强,并具有稳定可靠的输出脉冲信号,且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。因此,我们在研制汽车驾驶模拟器时,对方向盘旋转角度的测量选用EPC-755A光电编码器作为传感器,其输出电路选用集电极开路型,输出分辨率选用360个脉冲/圈,考虑到汽车方向盘转动是双向的,既可顺时针旋转,也可逆时针旋转,需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路,鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成,计数电路用3片74LS193组成
三异同:
增量型编码器一般都是集电极开路输出,电压输出,或线性输出,输出的是A相,B相,Z相脉冲等,一般如果不用断电后仍要记录位置的场合都可以用增量型编码器,增量型编码器可以接入到到高数计数功能的PLC,也可以接到常用的计数器绝对型编码器输出的是二进制码或格雷码等,即使是断电后也能记录下当前的位置.绝对值编码器需要接入例如CQM1H-ABB21这个绝对值编码器接口板,普通PLC的高数计数器不能接绝对值编码器.或者如果动作频率不是很高的话,并且电压符合规格,那绝对值编码器也可以接入PLC的普通输入点,通过程序里面按照编码器输出码的规格进行编程设置,也可以使用 增量编码器:由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。 绝对型编码器:绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线……编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 从上面的描述可以看出:两者各有优缺点,增量型编码器比较通用,大多场合都用这种。从价格看,一般来说绝对型编码器要贵得多,而且绝对型编码器有量程范围,所以一般在特殊需要的机床上应用较多。