旋轉(zhuǎn)編碼器知識大全

　　旋轉(zhuǎn)式編碼器，是將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為電氣信號，對該信號進(jìn)行處理后檢測位置速度等的傳感器。檢測直線機(jī)械位移量的傳感器稱為線性編碼器。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器是一種基于電磁感應(yīng)原理的精密測量角位移的傳感器，轉(zhuǎn)子和定子中均有繞組。若在轉(zhuǎn)子繞組中通上正弦激磁電流，則轉(zhuǎn)子在定子繞組中感應(yīng)出同頻率的電壓，但相位或幅值隨轉(zhuǎn)子和定子的相對位移而變化。感應(yīng)電壓經(jīng)鑒相或鑒幅并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換等電子線路的處理，輸出若干位的數(shù)字信號(**值型)，或輸出具有一定相位差及頻率差的多相脈沖或正弦信號。旋轉(zhuǎn)編碼器一般說來有增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，**式旋轉(zhuǎn)編碼器，正弦輸出旋轉(zhuǎn)編碼器，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)編碼器這幾種!一般很多**的煤礦在井下電動機(jī)的控制的時候采用PLC系統(tǒng)的時候有應(yīng)用。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出REP。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，幾十個到幾千個都有，和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器*工作原理

　　由一個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,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度)，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號;另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

　　由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

　　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)定性好，精度高，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)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

　　分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。 信號輸出 　　信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。

　　信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機(jī)，PLC和計算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。

　　如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。

　　A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。

　　A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。

　　A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，在后續(xù)的差分輸入電路中，將共模噪聲抑制，只取有用的差模信號，因此其抗干擾能力強(qiáng)，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。

　　對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)150米。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器由精密器件構(gòu)成，故當(dāng)受到較大的沖擊時，可能會損壞內(nèi)部功能，使用上應(yīng)充分注意。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器*優(yōu)勢

　?、俑鶕?jù)軸的旋轉(zhuǎn)變位量進(jìn)行輸出 通過聯(lián)合器與軸結(jié)合，能直接檢測旋轉(zhuǎn)位移量。;

　?、趩訒r無需原點復(fù)位。(僅**型) **型的情況下，將旋轉(zhuǎn)角度作為**數(shù)值進(jìn)行并列輸出。

　?、劭蓪πD(zhuǎn)方向進(jìn)行檢測。 增量型中可通過A相和B相的輸出時間，**型中可通過代碼的增減來掌握旋轉(zhuǎn)方向。

　　④請根據(jù)豐富的分辨率和輸出型號，選擇*合適的傳感器。 根據(jù)要求精度和成本、連接電路等，選擇適合的傳感器。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器*類型及介紹

　　旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。其特點是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長等特點。

　　1、增量式編碼器

　　增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的相位輸出。其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減，需借助后部的判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)。其計數(shù)起點可任意設(shè)定，并可實現(xiàn)多圈的無限累加和測量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的Z信號，作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖已固定，而需要提高分辨率時，可利用帶90度相位差A(yù)，B的兩路信號，對原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。

　　2、**值編碼器

　　**值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時，有與位置一一對應(yīng)的代碼(二進(jìn)制，BCD碼等)輸出，從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所處的位置，而無需判向電路。它有一個**零位代碼，當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開機(jī)重新測量時，仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機(jī)位置地代碼，并準(zhǔn)確地找到零位代碼。一般情況下**值編碼器的測量范圍為0～360度，但特殊型號也可實現(xiàn)多圈測量。

　　3、正弦波編碼器

　　正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區(qū)別在于輸出信號是正弦波模擬量信號，而不是數(shù)字量信號。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要-用作電動機(jī)的反饋檢測元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上，人們需要提高動態(tài)特性時可以采用這種編碼器。

　　為了保證良好的電機(jī)控制性能，編碼器的反饋信號必須能夠提供大量的脈沖，尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時候，采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖，從許多方面來看都有問題，當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)(6000rpm)時，傳輸和處理數(shù)字信號是困難的。在這種情況下，處理給伺服電機(jī)的信號所需帶寬(例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000)將很容易地超過MHz門限;而另一方面采用模擬信號大大減少了上述麻煩，并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信號的內(nèi)插法，它為旋轉(zhuǎn)角度提供了計算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉(zhuǎn)1024個正弦波編碼器中，獲得每轉(zhuǎn)超過1000，000個脈沖。接受此信號所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內(nèi)插倍頻需由二次系統(tǒng)完成。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器*常用術(shù)語

　　■輸出脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)

　　旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)一圈所輸出的脈沖數(shù)發(fā)，對于光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，通常與旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部的光柵的槽數(shù)相同(也可在電路上使輸出脈沖數(shù)增加到槽數(shù)的2倍4倍)。

　　■分辨率

　　分辨率表示旋轉(zhuǎn)編碼器的主軸旋轉(zhuǎn)一周，讀出位置數(shù)據(jù)的*大等分?jǐn)?shù)。**值型不以脈沖形式輸出，而以代碼形式表示當(dāng)前主軸位置(角度)。與增量型不同，相當(dāng)于增量型的“輸出脈沖/轉(zhuǎn)” 。

　　■光柵

　　光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，其光柵有金屬和玻璃兩種。如是金屬制的，開有通光孔槽;如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一層遮光膜，在此上面沒有透明線條(槽)。槽數(shù)少的場合，可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵，它與金屬制的光柵相比不耐沖擊，因此在使用上請注意，不要將沖擊直接施加于編碼器上。

　　■*大響應(yīng)頻率

　　是在1秒內(nèi)能響應(yīng)的*大脈沖數(shù)

　　(例：*大響應(yīng)頻率為2KHz，即1秒內(nèi)可響應(yīng)2000個脈沖)

　　公式如下

　　*大響應(yīng)轉(zhuǎn)速(rpm)/60×(脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))=輸出頻率Hz

　　■*大響應(yīng)轉(zhuǎn)速

　　是可響應(yīng)的*高轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖可響應(yīng)公式如下：

　　*大響應(yīng)頻率(Hz)/ (脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))×60=軸的轉(zhuǎn)速rpm

　　■輸出波形

　　輸出脈沖(信號)的波形。

　　■輸出電壓

　　指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請參照輸出電流特性圖

　　■輸出信號相位差

　　二相輸出時，二個輸出脈沖波形的相對的的時間差。

　　■起動轉(zhuǎn)矩

　　使處于靜止?fàn)顟B(tài)的編碼器軸旋轉(zhuǎn)必要的力矩。一般情況下運轉(zhuǎn)中的力矩要比起動力矩小。

　　■軸允許負(fù)荷

　　表示可加在軸上的*大負(fù)荷，有徑向和軸向負(fù)荷兩種。徑向負(fù)荷對于軸來說，是垂直方向的，受力與偏心偏角等有關(guān);軸向負(fù)荷對軸來說，是水平方向的，受力與推拉軸的力有關(guān)。這兩個力的大小影響軸的機(jī)械壽命

　　■轉(zhuǎn)速

　　該速度指示編碼器的機(jī)械載荷限制。如果超出該限制，將對軸承使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，另外信號也可能中斷。

　　■軸慣性力矩

　　該值表示旋轉(zhuǎn)軸的慣量和對轉(zhuǎn)速變化的阻力

　　■格雷碼

　　格雷碼是**數(shù)據(jù)，因為是單元距離和循環(huán)碼，所以很**。每步只有一位變化。數(shù)據(jù)處理時，格雷碼須轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制碼。

　　■工作溫度

　　參數(shù)表中提到的數(shù)據(jù)和公差，在此溫度范圍內(nèi)是保證的。如果稍高或稍低，編碼器不會損壞。當(dāng)恢復(fù)工作溫度又能達(dá)到技術(shù)規(guī)范

　　■工作電壓

　　編碼器的供電電壓

　　■工作電流

　　指通道允許的負(fù)載電流。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器*選型指南

　　一、如何判斷好壞

　?、?接PLC查看脈沖個數(shù)或碼值是否正確;

　　② 接示波器查看波形;

　?、?用萬用表電壓檔測試輸出是否正常 。

　　編碼器為NPN輸出時: 測量電源正極和信號輸出線 ，

　　晶體管置ON時輸出電壓接近供電電壓，

　　晶體管置OFF時輸出電壓接近0V。

　　編碼器為PNP輸出時: 測量電源負(fù)極和信號輸出線，

　　晶體管置ON時輸出電壓接近供電電壓，

　　晶體管置OFF時輸出電壓接近0V

　　二、選型要素

　　1.電氣接口，編碼器輸出方式常見有推拉輸出(F型HTL格局)，電壓輸出(E)，集電極開路(C，常見C為NPN型管輸出，C2為PNP型管輸出)，長線驅(qū)動器輸出。其輸出方式應(yīng)和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。

　　2.分辨率，即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù)，是否知足設(shè)計使用精度要求。

　　3.械安裝尺寸，包括定位止口，軸徑，安裝孔位;電纜出線方式;安裝空間體積;工作環(huán)境防護(hù)等級是否知足要求。

　　4. 附件：耦合器、法蘭盤、伺服裝置用安裝配件

　　5.保護(hù)等級：現(xiàn)場是否有水、油環(huán)境、粉塵環(huán)境等，目前保護(hù)構(gòu)造*高為IP65

　　6.*高響應(yīng)頻率：選擇的*高響應(yīng)頻率需要大于對方設(shè)備的動作頻率，目前增量型*高為200KHz，**型*高為20KHz

　　7.*大答應(yīng)旋轉(zhuǎn)數(shù)：選擇的編碼器的*大答應(yīng)旋轉(zhuǎn)數(shù)需要高于對方設(shè)備的旋轉(zhuǎn)數(shù)，目前增量型*高為12000r/min，**型*高為6000r/min

　　8. 輸出相：A相、A相和B相、A相和B相和Z相，詳細(xì)根據(jù)客戶但愿實現(xiàn)什么功能來決定輸出相需要幾相(命名規(guī)則中能體現(xiàn))

　　9. 輸出代碼：二進(jìn)制、BCD碼、格雷二進(jìn)制碼(命名規(guī)則中能體現(xiàn))

　　10. 輸出形式：NPN集電極開路輸出、PNP集電極開路輸出、互補輸出、電壓輸出、線性驅(qū)動輸出。根據(jù)后續(xù)設(shè)備輸入能接收什么信號來決定編碼器的輸出形式(命名規(guī)則中能體現(xiàn))

　　11.工作電壓：直流DC5-24V之間(命名規(guī)則中能體現(xiàn))

　　12. 軸的形態(tài)：軸伸出，必須配耦合器才能使用;中空軸，無需配耦合器，直接可以套在對方設(shè)備上使用

　　13.分辨率：又稱位數(shù)、脈沖數(shù)、幾線制(**型編碼器中會有此稱呼)，目前增量型*大6000P/R，**型*大1024P/R

　　14.軸徑：φ2mm、φ4mm、φ6mm、φ8mm、φ10mm，用于和對方設(shè)備進(jìn)行耦合

　　15.外觀大?。?phi;20mm、φ25mm、φ40mm、φ50mm、φ55mm、φ60mm，安裝編碼器時需考慮(命名規(guī)則中能體現(xiàn))

　　旋轉(zhuǎn)編碼器*安裝步驟

　　請牢固安裝你的編碼器 ，以免震動而松動.

　　當(dāng)編碼器的軸和機(jī)器軸聯(lián)結(jié)時，請確保軸的負(fù)載不能超過它的*大允許值.

　　當(dāng)編碼器的軸通過聯(lián)軸器和機(jī)器的軸聯(lián)結(jié)時，請確保沒有偏差.

　　請不要用剛性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié).

　　請鎖緊聯(lián)軸器的螺絲以免在使用過程松動.

　　請選擇合適的聯(lián)軸器，因為聯(lián)軸器的重量也是增加軸的負(fù)載.

　　當(dāng)用傳送帶聯(lián)結(jié)時，請用定時傳送帶，否則傳送的角度不**.

　　當(dāng)使用定時穿送帶時，確保傳送帶的張力是合適的.在使用過程中請注意皮帶安裝和松脫.

　　請避免在旋轉(zhuǎn)過程中徑向負(fù)載導(dǎo)致皮帶輪的震動和偏差.

　　當(dāng)編碼器的軸和機(jī)器的軸用齒輪聯(lián)結(jié)時，請避免徑向負(fù)載導(dǎo)致齒輪的部分或整體震動.

　　請不要通過聯(lián)軸器，傳送帶和齒輪來敲擊編碼器.

　　軸的聯(lián)結(jié)震動應(yīng)該控制在0.1 T.I.R.

　　安裝注意事項：

　　安裝時不要給軸施加直接的沖擊。

　　編碼器軸與機(jī)器的連接，應(yīng)使用柔性連接器。在軸上裝連接器時，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝**，也有可能給軸加上比允許負(fù)荷還大的負(fù)荷，或造成撥芯現(xiàn)象，因此，要特別注意。

　　軸承壽命與使用條件有關(guān)，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負(fù)荷比規(guī)定荷重小，可大大延長軸承壽命。

　　不要將旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長期浸在水、油中，表面有水、油時應(yīng)擦拭干凈。

　　關(guān)于配線和連接：

　　誤配線，可能會損壞內(nèi)部回路，故在配線時應(yīng)充分注意

　?、?配線應(yīng)在電源OFF狀態(tài)下進(jìn)行，電源接通時，若輸出線接觸電源，則有時會損壞輸出回路。

　?、?若配線錯誤，則有時會損壞內(nèi)部回路，所以配線時應(yīng)充分注意電源的極性等。

　?、廴艉透邏壕€、動力線并行配線，則有時會受到感應(yīng)造成誤動作成損壞，所以要分離開另行配線。

　?、?延長電線時，應(yīng)在10m以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時間會較長有問題時，采用施密特回路等對波形進(jìn)行整形。

　?、?為了避免感應(yīng)噪聲等，要盡量用*短距離配線。向集成電路輸入時，特別需要注意。

　?、?電線延長時，因?qū)w電阻及線間電容的影響，波形的上升、下降時間加長，容易產(chǎn)生信號間的干擾、串音，因此應(yīng)用電阻小、線間電容低的電線、雙絞線、屏蔽線。

　　旋轉(zhuǎn)編碼器*檢測直線位移的方法

　　1，使用“彈性連軸器”將旋轉(zhuǎn)編碼器與驅(qū)動直線位移的動力裝置的主軸直接聯(lián)軸。

　　2，使用小型齒輪(直齒，傘齒或蝸輪蝸桿)箱與動力裝置聯(lián)軸。

　　3，使用在直齒條上轉(zhuǎn)動的齒輪來傳遞直線位移信息。

　　4，在傳動鏈條的鏈輪上獲得直線位移信息。

　　5，在同步帶輪的同步帶上獲得直線位移信息。

　　6，使用安裝有磁性滾輪的旋轉(zhuǎn)編碼器在直線位移的平整鋼鐵材料表面獲得位移信息(避免滑差)。

　　7，使用類似“鋼皮尺”的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測直線位移信息(數(shù)據(jù)處理中須克服疊層卷繞誤差)。

　　8，類似7，使用帶小型力矩電機(jī)的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測直線位移信息(目前德國有類似產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，幾乎無疊層卷繞誤差)。