旋轉(zhuǎn)編碼器知識(shí)大全
旋轉(zhuǎn)編碼器*概述 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(hào),對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理后檢測(cè)位置速度等的傳感器。檢測(cè)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(cè)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(duì)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(hào)(**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(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器一般說(shuō)來(lái)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(dòng)機(jī)的控制的時(shí)候采用PLC系統(tǒng)的時(shí)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(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí),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(hào)。該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后,輸出脈沖或代碼信號(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置,光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)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(gè)到幾千個(gè)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(guò)這兩組脈沖不僅可以測(cè)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(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,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差(相對(duì)于一個(gè)周波為360度),將C、D信號(hào)反向,疊加在A、B兩相上,可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào);另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)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(guò)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(guò)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(gè)數(shù)量級(jí),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(hào)輸出 信號(hào)輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開(kāi)路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL為長(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)(對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出,編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。
信號(hào)連接—編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī),PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,開(kāi)關(guān)頻率有低有高。
如單相聯(lián)接,用于單方向計(jì)數(shù),單方向測(cè)速。
A.B兩相聯(lián)接,用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。
A、B、Z三相聯(lián)接,用于帶參考位修正的位置測(cè)量。
A、A-,B、B-,Z、Z-連接,由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)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(hào),因此其抗干擾能力強(qiáng),可傳輸較遠(yuǎn)的距離。
對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器,信號(hào)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(shí),可能會(huì)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(shì)
?、俑鶕?jù)軸的旋轉(zhuǎn)變位量進(jìn)行輸出 通過(guò)聯(lián)合器與軸結(jié)合,能直接檢測(cè)旋轉(zhuǎn)位移量。;
?、趩?dòng)時(shí)無(wú)需原點(diǎn)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。
③可對(duì)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行檢測(cè)。 增量型中可通過(guò)A相和B相的輸出時(shí)間,**型中可通過(guò)代碼的增減來(lái)掌握旋轉(zhuǎn)方向。
④請(qǐng)根據(jù)豐富的分辨率和輸出型號(hào),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(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí),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(hào)。該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后,輸出脈沖或代碼信號(hào)。其特點(diǎn)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(zhǎng)等特點(diǎn)。
1、增量式編碼器
增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí),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(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定,并可實(shí)現(xiàn)多圈的無(wú)限累加和測(cè)量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖的Z信號(hào),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(shí),可利用帶90度相位差A(yù),B的兩路信號(hào),對(duì)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(shí),有與位置一一對(duì)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(wú)需判向電路。它有一個(gè)**零位代碼,當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開(kāi)機(jī)重新測(cè)量時(shí),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(cè)量范圍為0~360度,但特殊型號(hào)也可實(shí)現(xiàn)多圈測(cè)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(hào)是正弦波模擬量信號(hào),而不是數(shù)字量信號(hào)。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要-用作電動(dòng)機(jī)的反饋檢測(cè)元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上,人們需要提高動(dòng)態(tài)特性時(shí)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(hào)必須能夠提供大量的脈沖,尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時(shí)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(lái)看都有問(wèn)題,當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)(6000rpm)時(shí),傳輸和處理數(shù)字信號(hào)是困難的。在這種情況下,處理給伺服電機(jī)的信號(hào)所需帶寬(例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000)將很容易地超過(guò)MHz門限;而另一方面采用模擬信號(hào)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(hào)的內(nèi)插法,它為旋轉(zhuǎn)角度提供了計(jì)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(gè)正弦波編碼器中,獲得每轉(zhuǎn)超過(guò)1000,000個(gè)脈沖。接受此信號(hào)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(yǔ)
■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(duì)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(kāi)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(méi)有透明線條(槽)。槽數(shù)少的場(chǎng)合,可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開(kāi)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(qǐng)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(gè)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(hào))的波形。
■輸出電壓
指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會(huì)因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請(qǐng)參照輸出電流特性圖
■輸出信號(hào)相位差
二相輸出時(shí),二個(gè)輸出脈沖波形的相對(duì)的的時(shí)間差。
■起動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)中的力矩要比起動(dòng)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(duì)于軸來(lái)說(shuō),是垂直方向的,受力與偏心偏角等有關(guān);軸向負(fù)荷對(duì)軸來(lái)說(shuō),是水平方向的,受力與推拉軸的力有關(guān)。這兩個(gè)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(duì)軸承使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響,另外信號(hào)也可能中斷。
■軸慣性力矩
該值表示旋轉(zhuǎn)軸的慣量和對(duì)轉(zhuǎn)速變化的阻力
■格雷碼
格雷碼是**數(shù)據(jù),因?yàn)槭菃卧嚯x和循環(huán)碼,所以很**。每步只有一位變化。數(shù)據(jù)處理時(shí),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(huì)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(gè)數(shù)或碼值是否正確;
② 接示波器查看波形;
?、?用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)試輸出是否正常 。
編碼器為NPN輸出時(shí): 測(cè)量電源正極和信號(hào)輸出線 ,
晶體管置ON時(shí)輸出電壓接近供電電壓,
晶體管置OFF時(shí)輸出電壓接近0V。
編碼器為PNP輸出時(shí): 測(cè)量電源負(fù)極和信號(hào)輸出線,
晶體管置ON時(shí)輸出電壓接近供電電壓,
晶體管置OFF時(shí)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(jiàn)有推拉輸出(F型HTL格局),電壓輸出(E),集電極開(kāi)路(C,常見(jiàn)C為NPN型管輸出,C2為PNP型管輸出),長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)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(shí)每圈輸出的脈沖數(shù),是否知足設(shè)計(jì)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(jí)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(jí):現(xiàn)場(chǎng)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(duì)方設(shè)備的動(dòng)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(duì)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(shí)現(xiàn)什么功能來(lái)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(kāi)路輸出、PNP集電極開(kāi)路輸出、互補(bǔ)輸出、電壓輸出、線性驅(qū)動(dòng)輸出。根據(jù)后續(xù)設(shè)備輸入能接收什么信號(hào)來(lái)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(wú)需配耦合器,直接可以套在對(duì)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(huì)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(duì)方設(shè)備進(jìn)行耦合
15.外觀大小:φ20mm、φ25mm、φ40mm、φ50mm、φ55mm、φ60mm,安裝編碼器時(shí)需考慮(命名規(guī)則中能體現(xiàn))
旋轉(zhuǎn)編碼器*安裝步驟
請(qǐng)牢固安裝你的編碼器 ,以免震動(dòng)而松動(dòng).
當(dāng)編碼器的軸和機(jī)器軸聯(lián)結(jié)時(shí),請(qǐng)確保軸的負(fù)載不能超過(guò)它的*大允許值.
當(dāng)編碼器的軸通過(guò)聯(lián)軸器和機(jī)器的軸聯(lián)結(jié)時(shí),請(qǐng)確保沒(méi)有偏差.
請(qǐng)不要用剛性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié).
請(qǐng)鎖緊聯(lián)軸器的螺絲以免在使用過(guò)程松動(dòng).
請(qǐng)選擇合適的聯(lián)軸器,因?yàn)槁?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(shí),請(qǐng)用定時(shí)傳送帶,否則傳送的角度不**.
當(dāng)使用定時(shí)穿送帶時(shí),確保傳送帶的張力是合適的.在使用過(guò)程中請(qǐng)注意皮帶安裝和松脫.
請(qǐng)避免在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中徑向負(fù)載導(dǎo)致皮帶輪的震動(dòng)和偏差.
當(dāng)編碼器的軸和機(jī)器的軸用齒輪聯(lián)結(jié)時(shí),請(qǐng)避免徑向負(fù)載導(dǎo)致齒輪的部分或整體震動(dòng).
請(qǐng)不要通過(guò)聯(lián)軸器,傳送帶和齒輪來(lái)敲擊編碼器.
軸的聯(lián)結(jié)震動(dòng)應(yīng)該控制在0.1 T.I.R.
安裝注意事項(xiàng):
安裝時(shí)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(shí),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(zhǎng)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(zhǎng)期浸在水、油中,表面有水、油時(shí)應(yīng)擦拭干凈。
關(guān)于配線和連接:
誤配線,可能會(huì)損壞內(nèi)部回路,故在配線時(shí)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(shí),若輸出線接觸電源,則有時(shí)會(huì)損壞輸出回路。
?、?若配線錯(cuò)誤,則有時(shí)會(huì)損壞內(nèi)部回路,所以配線時(shí)應(yīng)充分注意電源的極性等。
③若和高壓線、動(dòng)力線并行配線,則有時(shí)會(huì)受到感應(yīng)造成誤動(dòng)作成損壞,所以要分離開(kāi)另行配線。
④ 延長(zhǎng)電線時(shí),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(shí)間會(huì)較長(zhǎng)有問(wèn)題時(shí),采用施密特回路等對(duì)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(shí),特別需要注意。
?、?電線延長(zhǎng)時(shí),因?qū)w電阻及線間電容的影響,波形的上升、下降時(shí)間加長(zhǎng),容易產(chǎn)生信號(hào)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(cè)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(dòng)直線位移的動(dòng)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(dòng)力裝置聯(lián)軸。
3,使用在直齒條上轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪來(lái)傳遞直線位移信息。
4,在傳動(dòng)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(lái)探測(cè)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(lái)探測(cè)直線位移信息(目前德國(guó)有類似產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,幾乎無(wú)疊層卷繞誤差)。