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光電編碼器是由一個(gè)中心有軸的光電碼盤,其上有環(huán)形通、暗的刻線,有光電發(fā)射和接收器件讀取并獲得信號(hào)的一類傳感器,主要用來測(cè)量位移或角度。

傳統(tǒng)的光電編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料,玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,其熱穩(wěn)定性及精度可以達(dá)到普通標(biāo)準(zhǔn)、一般要求,但容易碎。金屬碼盤直接以通和不通刻線,不易碎,但由于金屬有一定的厚度,精度就有限制,其熱穩(wěn)定性就要比玻璃碼盤差一個(gè)數(shù)量級(jí)。塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的,其成本低,精度和耐高溫達(dá)不到高要求。

而磁電式編碼器采用磁電式設(shè)計(jì),通過磁感應(yīng)器件、利用磁場(chǎng)的變化來產(chǎn)生和提供轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置,利用磁器件代替了傳統(tǒng)的碼盤,彌補(bǔ)了光電編碼器的這一些缺陷,更具抗震、耐腐蝕、耐污染、性能可靠高、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。

光電編碼器是通過在碼盤上刻線來計(jì)算精度,所以精度越高,碼盤就會(huì)越大,編碼器體積越大,并且精度也不是連續(xù)的。磁電式編碼器則沒有這樣的限制,可以做到體積很小,精度高,特別是絕對(duì)值編碼器要求精度高,更適合用磁電編碼器。

2、磁電式增量編碼器和磁電式絕對(duì)值編碼器:

BEN編碼器能夠記憶設(shè)備的絕對(duì)位置,角度和圈數(shù)。即一旦位置、角度和圈數(shù)固定,什么時(shí)候編碼器的示值都唯一固定,包括停電后上電。增量型編碼器做不到這一點(diǎn),一般增量型編碼器輸出兩個(gè)A、B脈沖信號(hào),和一個(gè)Z(L)零位信號(hào),A、B脈沖互差90度相位角,通過脈沖計(jì)數(shù)可以知道位置,角度和圈數(shù)不斷增加,通過A,B脈沖信號(hào)超前或滯后可以知道正反轉(zhuǎn),停電后,必須從約定的基準(zhǔn)重新開始計(jì)數(shù)。增量型編碼器測(cè)量位置,角度和圈數(shù)時(shí),需要做后處理,重新投電要做"復(fù)零"操作,所以,雖然增量型編碼器比絕對(duì)型編碼器在價(jià)格上便宜一些,但隨著我國(guó)自動(dòng)化程度的提高,絕對(duì)值編碼器必然會(huì)逐步取代增量編碼器,還有因?yàn)榇烹娋幋a器技術(shù)特點(diǎn)的原因,成本以逐步接近增量編碼器。

3、MODBUS、CANopen、PROFIBUS的應(yīng)用領(lǐng)域以及他們的區(qū)別:

MODBUS、CANopen、PROFIBUS都是總線型的,總線型編碼器是多個(gè)編碼器各以一對(duì)信號(hào)線連接在一起,通過設(shè)定地址,用通訊方式傳輸信號(hào),信號(hào)的接收設(shè)備只需一個(gè)接口,就可以讀多個(gè)編碼器信號(hào)�？偩�型編碼器可以節(jié)省連接線纜、接收設(shè)備接口,傳輸距離遠(yuǎn),在多個(gè)編碼器集中控制的情況下可以大大節(jié)省成本。

以上三種類型編碼器分別遵循MODBUS、CANopen、PROFIBUS的協(xié)議。他們的區(qū)別就是他們的區(qū)別是接口輸出設(shè)備所遵循的協(xié)議不一樣。

國(guó)內(nèi)已經(jīng)成功研制出MODBUS、CANopen、PROFIBUS等總線型編碼器,并通過實(shí)際證明完全可以替代歐美進(jìn)口產(chǎn)品,并且在價(jià)格和貨期上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4、絕對(duì)值單圈和多圈磁電式旋轉(zhuǎn)編碼器:

單圈絕對(duì)式編碼器,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過360度時(shí),編碼又回到原點(diǎn),這樣就不符合絕對(duì)編碼唯一的原則,這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量,稱為單圈絕對(duì)式編碼器。

如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍,就要用到多圈絕對(duì)式編碼器。

國(guó)內(nèi)運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理,當(dāng)中心齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí),帶動(dòng)另一組齒輪(或多組齒輪),在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼,以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍,這樣的絕對(duì)編碼器就稱為多圈式絕對(duì)編碼器,它同樣是由機(jī)械位置確定編碼,每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù)。

多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大,實(shí)際使用往往富裕較多,這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn),將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了,而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。

多圈式絕對(duì)編碼器在長(zhǎng)度定位方面的優(yōu)勢(shì)明顯,已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。

編碼器屬精密元件,這主要因?yàn)榫幋a器周圍干擾比較嚴(yán)重,比如:是否有大型電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)頻繁起動(dòng)造成干擾,是否和動(dòng)力線同一管道傳輸?shù)?選擇什么樣的輸出對(duì)抗干擾也很重要,一般輸出帶反向信號(hào)的抗干擾要好一些,即A+~A-,B+~B-,Z+~Z-,其特征是加上電源8根線,而不是5根線(共零)。帶反向信號(hào)的在電纜中的傳輸是對(duì)稱的,受干擾小,在接受設(shè)備中也可以再增加判斷(例如接受設(shè)備的信號(hào)利用A、B信號(hào)90°相位差,讀到電平10、11、01、00四種狀態(tài)時(shí),計(jì)為一有效脈沖,此方案可有效提高系統(tǒng)抗干擾性能(計(jì)數(shù)準(zhǔn)確))。就是編碼器也有好壞,其磁鋼\電子芯片\內(nèi)部電路\信號(hào)輸出的差別很大,

如果出現(xiàn)編碼器信號(hào)不好的情況,請(qǐng)先按照以下步驟

①排除(搬離、關(guān)閉、隔離)干擾源,②判斷是否為機(jī)械間隙累計(jì)誤差,③判斷是否為控制系統(tǒng)和編碼器的電路接口不匹配(編碼器選型錯(cuò)誤);①②③方法償試后故障現(xiàn)象排除,則可初步判斷,若未排除須進(jìn)一步分析。

判斷是否為編碼器自身故障的簡(jiǎn)單方法是排除法�，F(xiàn)在我公司編碼器已大規(guī)模生產(chǎn),技術(shù)生產(chǎn)已成熟運(yùn)用,產(chǎn)品故障率控制在千分之幾。排除法的具體方法是:用一臺(tái)相同型號(hào)的編碼器替換上去,如果故障現(xiàn)象相同,可基本排除是編碼器故障問題,因?yàn)閮膳_(tái)編碼器同時(shí)有故障的小概率事件發(fā)生可能很小,可以看作為0。假如換一臺(tái)相同型號(hào)編碼器上去,故障現(xiàn)象立刻排除,則可基本判定是編碼器故障。

電氣方面:增量型或者絕對(duì)值型,分辨率,電壓,輸出形式,響應(yīng)頻率等。

磁性編碼器主要部分由磁阻傳感器、磁鼓、信號(hào)處理電路組成。將磁鼓刻錄成等間距的小磁極,磁極被磁化后,旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期分布的空間漏磁場(chǎng)。磁傳感器探頭通過磁電阻效應(yīng)將變化著的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化,在外加電勢(shì)的作用下,變化的電阻值轉(zhuǎn)化成電壓的變化,經(jīng)過后續(xù)信號(hào)處理電路的處理,模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào),實(shí)現(xiàn)磁旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼功能。磁鼓充磁的目的是使磁鼓上的一個(gè)個(gè)小磁極被磁化,這樣在磁鼓隨著電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),磁鼓能產(chǎn)生周期變化的空間漏磁,作用于磁電阻之上。實(shí)現(xiàn)編碼功能。磁鼓磁極的個(gè)數(shù)決定著編碼器的分辨率,磁鼓磁極的均勻性和剩磁強(qiáng)弱是決定編碼器結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)質(zhì)量的重要參數(shù)。下圖:磁鼓表面的磁極分布,磁阻傳感器是磁阻敏感元件做成,磁阻器件可以分為半導(dǎo)體磁阻器件和強(qiáng)磁性磁阻器件,為了提高信號(hào)采樣的靈敏度,同時(shí)考慮到差動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)敏感元件溫度特性的補(bǔ)償效應(yīng),一般在充磁間距λ內(nèi),刻蝕2個(gè)位相差為丌/2的條紋,構(gòu)成半橋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。原理可簡(jiǎn)單解釋:磁鼓產(chǎn)生NS的磁場(chǎng)作圓周運(yùn)動(dòng),磁阻元件做成的傳感器隨磁場(chǎng)變化電阻也隨之變化,并感測(cè)出SinA,SinB兩個(gè)電壓波形。磁阻傳感器的構(gòu)造如圖,由8個(gè)磁阻分為兩組相距1/4NS間距。在Mr1,Mr2與Mr3,Mr4的接點(diǎn)處可檢出Sin電壓波形,同樣原理在Mr1',Mr2'與Mr3',Mr4'的接點(diǎn)處可檢出SinB電壓波形,信號(hào)處理電路:SinA,SinB信號(hào)到達(dá)信號(hào)處理電路后,為了能在CPU取樣的范圍內(nèi),需對(duì)波形進(jìn)行調(diào)整。首先AB相信號(hào)需先做DC電壓準(zhǔn)位調(diào)整,使AB相信號(hào)直流準(zhǔn)位位于DSPA/D取樣電壓范圍的中點(diǎn),且振幅不超過取樣電壓范圍,AB相信號(hào)再經(jīng)過模擬濾波器及數(shù)字濾波器,將高頻及諧波濾除后,通過DSP高速運(yùn)算能力實(shí)時(shí)地將計(jì)算出位置和速度;另外還有一種處理方法是將SinA、SinB信號(hào)直接通過信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換成方波后再進(jìn)DSP。后者可能軟件處理起來更方便一些。