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--編碼器基礎知識

供稿︰中國工控網 2015/2/12 14:08:12

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  • 關鍵詞︰ 堡盟 編碼器 應用
  • 摘要︰編碼器在現在也領域中的應用愈發廣泛,但客戶在使用中經常會遇到一些基本知識方面的問題


編碼器應用常見問題

一、通用問題︰

1、什麼是編碼器?

  編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者稱為碼盤,後者稱碼尺.

按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種.接觸式采用電刷輸出,電刷接觸導電區或絕緣區來表示代碼的狀態是還是;非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件時以透光區和不透光區來表示代碼的狀態是還是。

按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號,再把這個電信號轉變成計數脈沖,用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼,因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關,而與測量的中間過程無關。


2、測量精度的定義

  大家知道,所有的測量都是對"真實"值的大致估計,也就是說測量的數值總是和"真實"值有一定的誤差,那麼這樣一個誤差的大小就是通常所說的測量精度,它反映了測量儀器系統所能真實還原測量信號值的能力。


3、增量編碼器的精度

  增量式光電編碼器的精度與分辨率完全無關,這是兩個不同的概念。精度是一種度量在所選定的分辨率範圍內,確定任一脈沖相對另一脈沖位置的能力。精度通常用角度、角分或角秒來表示。編碼器的精度與碼盤透光縫隙的加工質量、碼盤的機械旋轉情況的制造精度因素有關,也與安裝技術有關。


4、增量編碼器的分辨率

  光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉動一周所產生的輸出信號基本周期數來表示的,即脈沖數/轉(PPR)。碼盤上的透光縫隙的數目就等于編碼器的分辨率,碼盤上刻的縫隙越多,編碼器的分辨率就越高。在工業電氣傳動中,根據不同的應用對象,可選擇分辨率通常在5006000PPR的增量式光電編碼器,最高可以達到幾萬PPR。交流伺服電機控制系統中通常選用分辨率為2500PPR的編碼器。此外對光電轉換信號進行邏輯處理,可以得到2倍頻或4倍頻的脈沖信號,從而進一步提高分辨率。


5、絕對值編碼器精度跟分辨率由何關系?

  單圈絕對值編碼器的位數代表碼盤的碼道數,因為是用二進制的碼盤(格雷碼相同),所以他的精度就成了2的幾次方,比如12位,就是212次方也就是4096。
 
編碼器的分辨率與精度並不一定相當,精度隨刻線、碼盤機械同心度、讀數響應速度、溫度特性等各種因數決定。如果一個編碼器是用刻線正弦波細分獲得高分辨率的,那它的精度並沒有提高,細分僅提高了分辨率。在細分前的刻線精度是多少,細分後的精度還是多少,所以有些高分辨率的編碼器的精度取決于之前是用多少線再細分的。




6、實心軸編碼器和空心軸編碼器之間有何區別?

  實心軸編碼器需要安裝法蘭和聯軸器。空心軸編碼器只需要一個彈簧片,用來防止編碼器的旋轉和吸收振動。


7、什麼是差分線路驅動器輸出(Differential Line DriverOutput)?

  差分輸出提到這樣一個事實,即每個通道有一個互補通道,如A/A。差分線路驅動器可以幫助提高抗噪聲性能(/A/B通道用于什麼?)。差分線路驅動器還允許您比推挽輸出更多的漏或源電流。差分線路驅動器同時有漏和源電路一起工作。(見什麼是漏或源輸入?)它也可以幫助提高信號的傳輸距離。


8、什麼是集電極開路輸出(Open Collector Output)?

  一個集電極開路輸出是一個NPN晶體管。NPN晶體管允許漏電流到公共端。它可以被認為是一個開關,允許電路經過負荷後被連接到共同端。這意味著如果要有輸出工作需要一個電源。電源經過負荷必須被連接到輸出,否則NPN晶體管只是建立了一個到公共端的路徑,即干式接點。因此,如果您測量一個沒有連接到任何電源的集電極開路輸出電壓,不會看到電壓的改變。如果集電極開路正常工作,經過輸出負載後電壓應該被檢測到。


9、什麼是圖騰柱輸出(Totem Pole output)?

  圖騰柱輸出基本上和推挽輸出一樣,但當提到了TTL裝置時,它是一個常用的術語。它和推挽輸出之間的主要差別是漏或源電流的大小。圖騰柱輸出比推挽輸出的漏/源電流要小。其他主要區別在于輸出電壓不同。圖騰柱只能是一個5V直流信號,而推挽輸出將跟隨輸入電壓。


10、什麼是推挽輸出(Push Pull Output)

推挽輸出是一種允許你同時連接漏或源電路的輸出。(見什麼是漏或源輸入?)這種類型的輸出允許你比圖騰柱輸出更多的電流和跟隨輸入電壓。當集電極開路輸出和編碼器連接的控制器不能工作時,需要選擇推挽輸出。


11、什麼是正交輸出(Quadrature output)

正交輸出是指信號AB之間有90度的相移,A超前BB超前A取決于旋轉方向。這並不意味著輸出將4倍編碼器每圈的分辨率。這一事實,即信號有90度相位差使控制器能夠判斷編碼器的旋轉方向。您必須同時使用正交的AB信號,才能獲得X2X4的邏輯關系。見正交和x4邏輯之間有何不同?


12、為什麼我需要一個上拉電阻?

上拉電阻被用來邏輯高電壓水平達到工作電壓。這是非常有用的,當集電極開路的輸出沒有達到顯示邏輯高電平所需的電壓水平或噪音出現在信號線上。當一個邏輯高電平信號出現,對于集電極開路其電壓水平約等于工作電壓。其中的差值是由于上拉電阻上的電壓跌落。如果負載不以地為參考,這並不是必要的。


13、/A/B通道有什麼用?

/A/B通道是AB通道的反信號。這意味著當信號A是高電平時,信號/A是低電平,當A是低電平時,/A是高電平。這同樣適用于任何有互補信號的情況。這通常使噪音降到最低。一些輸入卡同時接受的A/A信號。然後比較兩個信號,以幫助消除導線上竄入的共模噪聲。接收的脈沖只有信號A是高電平同時信號/A是低電平時,才能被確認。這適用于任何有互補信號的通道,信號A僅作為一個例子。這通常稱為差分輸出。


14、正交和x4邏輯之間有何不同?

正交輸出指的是輸出信號的相移。當輸出信號,信號AB互相之間有90度的相差,這被稱做正交。這只是正交名詞的解釋。(見什麼是正交輸出?

x4邏輯指控制器如何解釋接收的信號。這是通過把每個檢測到的AB通道脈沖的邊沿轉換為自己的脈沖。這個轉換發生在控制器,而不是在編碼器。

這意味著如果你訂購了一個每轉120脈沖的正交編碼器,輸出信號AB將有90度的相移。這並不意味著每一轉,編碼器將產生480個脈沖。增加的脈沖只發生在控制器。


15、如何選擇每轉脈沖數(PPR)?

當選擇編碼器的PPR值時,請記住一些簡單的規則。請確認你選擇的PPR值不會超過控制器或編碼器的最高頻率。嘗試選擇PPR接近你要顯示的值,這樣就消除或減少校準常數的必要。例如,如果你想每圈顯示12英寸,就選擇PPR12。如果你想顯示12.00英寸,選擇1200PPR。然而不要錯誤地忘記了控制器輸入的乘數。大多數控制器有X2X4的邏輯。如果是X2邏輯,當顯示12.00將變為您的PPR600;X4邏輯時變為PPR300。這些選擇給你期望的每一個單位只有一個脈沖。記住當你你創建的PPR時,一定要記住頻率。當選擇PPR時,在最高轉速下不能超過編碼器能夠處理的頻率。相反的情況也是如此,請不要選擇過低的PPR,您的控制器不能識別信號。嘗試選擇您的PPR,讓您的校準常數為0.51之間。


16、如何設置我的校準常數?

如果正確選擇每轉脈沖數(PPR)能夠簡化校準系數。一旦PPR被選定,或者只要按照技術手冊中的公式計算。當選擇校準常數時,請記住越接近1越好。校準常數的值是您最好的編碼器的每個脈沖的分辨率。


17、編碼器和我的系統之間的距離可以多遠?

沒有固定的答案。許多因素都會起作用,連接裝置到一起的最大電纜長度。使用長電纜的最大問題是電纜變得更容易受到噪音干擾。這是由于電纜的電容,電纜象天線一樣起作用,同時通過電纜電源會有損耗。電纜的最大距離可以被獲得,必須遵循以下一些基本的布線原則。


A 使電纜遠離產生大量的電氣噪聲的物體。這包括交流電機,電弧焊機,交流電源線和變壓器。

B 當使用帶互補信號時,使用雙絞線,當使用任何類型的信號時都要用屏蔽電纜。

C 輸出電壓使用允許的最高電壓。例如,如果編碼器可以輸出524伏,那就使用24伏。使用集電極開放或和差分接收器( PM28S00 )一起使用的差分線路驅動器輸出,以便得到最大的漏/源電流源。
d 如果您使用的是編碼器作為不止一個控制器的輸入,請使用信號放大器。這也是一個很好的方法,以提高信號傳輸的距離。

E 當使用差分輸入時,典型的差分線路驅動器最大距離為大約100英尺,集電極開路的距離大約是35英尺。


18、什麼是零速傳感器?

零速指示是一個單獨的輸出,應用中當速度低于一定的頻率作為報警,不是零速出現。零速沒法檢測,只有跌落到一定頻率以下可以被檢測。當應用至關重要的和必須被監視時,這是非常有用地。


19、需要使用屏蔽電纜嗎?

是。強烈推薦使用屏蔽電纜。特別是使用在存在大量的電氣噪聲的區域。如果你有任何噪聲問題,或者懷疑可能有,請使用屏蔽電纜。


20、為什麼使用絕對值編碼器?

首先,什麼是絕對值編碼器?絕對值編碼器在每圈的每個位置都有唯一的編碼。這樣代替脈沖的輸出,你可以獲得二進制特殊值輸出。當要求準確的位置時,這是非常有用的。絕對值編碼器每圈的每個位置有唯一的二進制值,如果電源關閉,而當電源恢復時位置的實際值能夠被識別。即使控制器丟失電源和過程被移動。


21、什麼是格雷碼?

格雷碼是二進制碼的一種形式。格雷碼和二進制碼的不同在于遞增數的方法不同。對于格雷碼每次遞增只有一位變化。這意味著計數的順序將看到0,1, 3, 2, 67。這與標準二進制不同,它的順序是0, 1, 2, 3, 45。

十進制數

自然二進制數

格雷碼

十進制數

自然二進制數

格雷碼

0

0000

0000

8

1000

1100

1

0001

0001

9

1001

1101

2

0010

0011

10

1010

1111

3

0011

0010

11

1011

1110

4

0100

0110

12

1100

1010

5

0101

0111

13

1101

1011

6

0110

0101

14

1110

1001

7

0111

0100

15

1111

1000


格雷碼可以防止在轉換到下一狀態時產生的錯誤。下面舉一個例子說明在什麼情況可能發生。這可能由于定時器和電纜的電容引起。從0011變到0100的情況可能出現0111,而格雷碼不會出現這種可能性。


22、什麼是漏或源輸入?

漏和源輸入僅僅涉及晶體管電流的流動。這意味著,他們運轉需要電壓和負載。漏輸入要求在連接它到電路以前需要電壓和負載。對于電路,這就是到地。源輸入必須放在電路的負載之前。這意味著這是電流到電路。電壓和負載都必須出現在任何一種情況下,以檢測輸入電壓的變化。這同樣適用于漏或源輸出。


23、線路驅動器72724469輸出的主要區別是什麼?

Line drives線路驅動器
顧名思義,這種輸出芯片來源于驅動電流到線路。不同于集電極開路輸出,線路驅動器芯片主動驅動輸出高或低,因此,能夠使負載產生漏和源電流(見圖2 。主要優點是它的線路驅動能力,推動更高的電流通過電纜,使電纜運行更長。雖然線路驅動器可用于單端的格式(即推挽輸出),它們是最常用的互補或差分信號。使用差分信號,當使用屏蔽雙絞線電纜,使用較長的電纜運行或在高噪聲環境中線路驅動器是首選。 7272 7

7272
或許是最廣泛認可的線路驅動器之一。該芯片應用于許多競爭力的編碼器和充分的理由;7272達到了良好的折衷電流能力,可使用電壓範圍,以及芯片的成本。典型的電流輸出能力的7272芯片是在4050mA範圍,適用于電纜運行在臨近的50-75英尺。此外, 7272芯片一般的供應提供了鏡像電壓輸出,換句話說,不管輸入編碼器的電壓是多少,同樣將輸出電壓(減去少量考慮到編碼器的功率要求)。另一個顯著特征是其7272溫度保護功能。如果7272被驅動到極限(高負荷,高電壓的限制,高頻)從而提高了溫度,它會進入保護模式下啟動退出或停止輸出。如果讓其冷卻,該芯片將重啟,很像一個熱開關,並開始運作了。然而,太多會導致重置閾值或啟動點,隨著時間的推移降低,最終導致編碼器不可靠。總之,如果應用程序連續引起這樣的停機,應該選擇其它不同的線路驅動器。

4469
4469是另一個非常突出的線路驅動器選擇。不同于7272 ,4469有高得多的電流驅動能力,取決于不同制造商通常在100mA的範圍。這是一個明顯的優勢,可應用于較長電纜運行,通常是在100-300英尺。然而,這種較高的電流能力,伴隨有一個缺點。4469浪費這麼多的能量,因此,伴隨著高電流電壓範圍受到影響。一個典型的鏡像電壓輸出僅限于15VDC ,如果選擇可調的5伏輸出,輸入電壓可提高到24伏。至于費用方面, 44697272具有可比性。此外, 4469不具備自動保護功能,它可以傾盡全力地驅動而不用擔心停機,但對使用壽命會有明顯的不利影響。


24、脈沖輪上的裂口,缺口或刮傷會影響編碼器的輸出嗎?

隨損害的嚴重性和位置而定,這可能會導致脈沖丟失。


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