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编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号,前者称为码盘,后者称为码尺。

概述

编码器是什么?

    编码器 是一个传感器的机械运动产生数字信号以响应运动。 作为一种机电设备,一个编码器能够提供运动控制系统用户的信息有关的位置,速度和方向。 有两种不同类型的编码器:线性和 旋转 ;线性编码器响应运动沿着一条路径,而旋转编码器对旋转运动。 编码器一般分类方法的输出。 增量编码器产生的脉冲,可以用来确定位置和速度,绝对编码器生成独特的配置直接跟踪位置。


工作原理

编码器的工作原理

    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。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度 高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低, 但精度、热稳定性、寿命均要差一些。


    分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。

分类

编码器的分类

编码器可按以下方式来分类。

1、按码盘的刻孔方式不同分类

(1)增量型:就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号(也有发正余弦信号, 然后对其进行细分,斩波出频率更高的脉冲),通常为A相、B相、Z相输出,A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出,根据延迟关系可以区别正反转,而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频;Z相为单圈脉冲,即每圈发出一个脉冲。

(2)绝对值型:就是对应一圈,每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值,通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。


2、按信号的输出类型分为:电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出。
3、以编码器机械安装形式分类
(1)有轴型:有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。
(2)轴套型:轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。

4、以编码器工作原理可分为:光电式、磁电式和触点电刷式。


功能应用

编码器的安装与使用

绝对型旋转编码器的机械安装使用:
绝对型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

高速端安装:安装于动力马达转轴端(或齿轮连接),此方法优点是分辨率高,由于多圈编码器有4096圈,马达转动圈数在此量程范围内,可充分用足量程而提高分辨率,缺点是运动物体通过减速齿轮后,来回程有齿轮间隙误差,一般用于单向高精度控制定位,例如轧钢的辊缝控制。另外编码器直接安装于高速端,马达抖动须较小,不然易损坏编码器。


低速端安装:安装于减速齿轮后,如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端,此方法已无齿轮来回程间隙,测量较直接,精度较高,此方法一般测量长距离定位,例如各种提升设备,送料小车定位等。
辅助机械安装:

常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。

编码器使用在哪里?

编码器已经成为许多应用程序要求反馈信息的重要来源。 应用程序是否关心速度,方向和距离,一个编码器巨大功能允许用户利用这些信息进行精确控制。 随着更高的分辨率的出现、强度和降低成本,编码器已成为首选的技术在越来越多的领域。 今天,编码器应用程序在我们周围。 他们利用打印机、自动化、医疗扫描仪,和科学设备。
阿纳海姆自动化的成本效益 编码器 产品线是一个明智的选择应用程序需要反馈控制。 阿纳海姆编码器生产线自动化的客户是不同的:工业企业设计自动化机械操作或涉及食品加工、标签、定长剪切的应用,输送机、材料处理、机器人、医疗诊断、数控机械。


编码器已经成为一个重要的组件应用在许多不同的行业。 以下是部分行业利用编码器的列表:
• 汽车 ——汽车行业利用编码器作为传感器的机械运动可能适用于控制速度。
• 消费电子产品和办公设备 ——在消费电子行业,编码器是广泛使用的基于pc的扫描设备等办公设备,打印机和扫描仪。
• 工业 ——在工业行业,编码器用于标签的机器,包装和机器工具单一和多轴运动控制器。 编码器也可以发现在数控机床控制。
• 医疗 ——在医疗行业,利用编码器在医学扫描仪,微观和纳米运动控制的自动化设备和泵。
• 军事 ——美国军方还利用编码器定位天线中的应用。
• 科学仪器 ——科学设备实现编码器定位的天文台的望远镜。

选型注意

应注意三方面的参数:

1、械安装尺寸:包括定位止口,轴径,安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否满足要求。
2、分辨率:即编码器工作时每圈输出的脉冲数,是否满足设计使用精度要求。
3、电气接口:编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格式),电压输出(E),集电极开路(C,常见C为NPN型管输出,C2为PNP型管输出),长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。


主要品牌

常见问题

编码器的常见故障

1、编码器本身故障:是指编码器本身元器件出现故障,导致其不能产生和输出正确的波形。这种情况下需更换编码器或维修其内部器件。
2、编码器连接电缆故障:这种故障出现的几率 最高,维修中经常遇到,应是优先考虑的因素。通常为编码器电缆断路、短路或接触不良,这时需更换电缆或接头。还应特别注意是否是由于电缆固定不紧,造成松动引起开焊或断路,这时需卡紧电缆。
3、编码器+5V电源下降:是指+5V电源过低, 通常不能低于4.75V,造成过低的原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗,这时需检修电源或更换电缆。
4、绝对式编码器电池电压下降:这种故障通常有含义明确的报警,这时需更换电池,如果参考点位置记忆丢失,还须执行重回参考点操作。
5、编码器电缆屏蔽线未接或脱落:这会引入干扰信号,使波形不稳定,影响通信的准确性,必须保证屏蔽线可靠的焊接及接地。
6、编码器安装松动:这种故障会影响位置控制 精度,造成停止和移动中位置偏差量超差,甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警,请特别注意。
7、光栅污染 这会使信号输出幅度下降,必须用脱脂棉沾无水酒精轻轻擦除油污。
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