编码器

编码器介绍主要内容…什么是编码器…编码器的种类…光电编码器…磁编码器…增量编码器…绝对值编码器…总线接口…编码器的机械安装…编码器选型介绍什么是编码器?编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件。它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何转换为电子信号（电子脉冲信位移量号或者数据串）。这种电子信号通常需要连接到控制系统(如伺服驱动器，无刷驱动器、PLC、变频器等),控制系统经过计算便可以得到测量的数据，以便进行下一步工作。编码器一般应用于机械角度、速度、位置的测量。介绍编码器种类编码器种类按读出方式►接触式►非接触式按工作原理►增量式►绝对式•增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。•绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。编码器种类编码器种类按信号的输出类型►正弦波（电流或电压）►方波（TTL、HTL）►集电极开路（PNP、NPN）►推拉互补输出其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。按机械安装形式►有轴型夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型►轴套型半空型、全空型和大口径型按编码器工作原理►光电式►磁电式►触点电刷式光电编码器光电编码器的基本部件电气输出•短路保护•反极性保护•放大电路•抗干扰电路等•数据输出•增量/绝对值机械系统•旋转轴•安装法兰+附件•轴承系统•支架外壳数据扫描系统LED光源&光敏电阻/永磁&霍尔元件增量码盘/绝对值码盘数据处理系统光电编码器光电编码器读出原理发光二极管光电二极管输出型号栅格,虑光镜码盘光电编码器编码器编码示意图光电编码器光电编码器磁编码器磁编码器读出原理永久磁铁用来激发霍尔传感器磁铁安装在轴的中心磁场切割线圈产生电压霍尔传感器检测方向和运动永磁铁霍尔传感器CrossHallsensor磁编码器磁编码器磁和光电编码器的区别光电编码器磁编码器高分辨率精度更高通孔轴套坚固抗•振动•灰尘•脏•潮湿成本底增量编码器增量编码器显示速度与旋转方向显示角度位置(脉冲累计)角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失分辨率通过每转多少脉冲表示增量编码器增量编码器脉冲盘设计图增量信号可以达到10’000脉冲/圈A/B/0通道＋反相同道0脉冲参考信号编码器码盘的设计:一般采用以下3种材质玻璃码盘适宜于高精度,镍和塑料码盘适宜于中等精度增量编码器通道A增量编码器输出信号：单通道信号编码器码盘只有一圈光栅，编码器有一对光电扫描系统，输出一通道脉冲信号，后续设备根据单位时间检测到的脉冲数及编码器的分辨率计算出的角速度及线速度信号输出如图：可以测试速度不能测试旋转方向增量编码器输出信号：双通道信号编码器码盘有2圈光栅，并且以90度相位差排列，编码器有2对光电扫描同，输出2通道脉冲信号，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信号输出如图：可以测试速度可以测试旋转方向通道A通道B增量编码器通道Z增量编码器输出信号：3通道信号在双通道编码器的基础上增加了一个零位信号，用于基准点定位一般测长度使用该信号，测速一般不使用该信号。信号输出如图：可以测试速度可以测试旋转方向可以定位通道A通道B增量编码器增量编码器增量编码器输出信号：6通道信号在3通道编码器的基础上将每一通道信号增加一个反向输出，即为6通道编码器，反向信号的存在主要是为了消除干扰及补偿损耗，以便可以长距离的传输。信号输出如图：增量编码器输出信号电路(1/2)适应于:–电磁兼容性环境–长电缆线(最大到1000m)–高的数据速率(300kHz)05V/24VComplementaryline-driver(TTL)(refertoencodercatalog)增量编码器输出信号电路(2/2)适应于:–直接连接到PLC(24V供电)–最大电缆长度(最大至200m)–高的数据速率(200kHz)24VPushpullshortcircuitprotection(HTL)(refertoencodercatalog)增量编码器电气和机械分辨率thecorrelationbetweentheelectricalandmechanicallimitsmustbeconsideredwhenchoosinganencoderwiththefollowingequationthemax.switchingfrequencyorthemax.revolutionscanbecalculaterespectivelycheckedExample:Encoderwith1000pulsesandoutputsignalcircuit24K(max.dataratefmax=200kHz)Question:Whatarethemaximumrevolutionsperminuteofthisencoder?Solution:Attention:Electricalrpm‘sneverhigherthenmechanicalrpm‘s!!!fmax=———————————rpmxnumberofpulses60rpm=revolutionsperminuterpm=————————=12’000rev/min200’000Hzx601’000pulses绝对值编码器绝对值编码器应用于角度测量及往复运动的测量在0…360°的每一个角度位置传输一个唯一的信号(单圈)在测量的圈数中，每一圈，每一个位置都有唯一的信号（多圈）即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零!码盘材质一般为玻璃或高分子材料！Bit1Bit2BitnselectF/R*strobeshaftinfraredtransmitter-LEDpulsediskphotodiodearrayonlyforabsoluteencoderwithcodeconvertercompa-ratorsmemorycode-converteroutputdriver绝对值编码器数据盘设计图绝对输出信号•分辨率达到18BIT的绝对信号•格雷码与二进制码输出•ASIC光电编码绝对值编码器01111100绝对值编码器绝对值编码器的格雷码和二进制码7124816格雷码二进制码绝对值编码器绝对值单圈和多圈编码器单圈绝对编码器传输一圈内唯一的信号(0…360°)单转的位置来源于码盘或霍尔传感器多圈绝对编码器传输完整的一圈后继续计数.计数靠电池缓冲记忆例如:磁性多圈绝对编码器BRIH58锂电池霍尔传感器磁簧继电器绝对值编码器绝对值编码器总线接口并口方便:每一位对应一根线位数越高,价格越贵SSI(同步串行接口)点对点连接高的数据速率现场总线系统ProfibusCANopenDeviceNetEtherCAT绝对值编码器绝对值和增量编码器的区别增量编码器绝对值编码器传送在一转中每一步的唯一的位置信息位置信息一直可用,即使在掉电或电源出现故障时一般应用于角度测量及往复运动一般用来测试速度与方向也可以用角度测量，但在掉电或电源出现故障时位置信息丢失总线接口现场总线接口Profibus西门子可编程控制器S5,S7(欧洲市场的先锋)DeviceNet罗科韦尔可编程控制器(美国市场的先锋)CANopen许多PLC的制造商,如:博世,贝加莱等.Pc板厂汽车制造厂EtherCAT贝加莱的可编程控制器总线接口同步串行接口SSI(SynchronousSerialInterface)总线接口现场总线的架构现场总线优于SSI的地方是:几种不同的编码器可以连接到相同的总线上.(而不是象SSI的那样点对点的连接)busorline环形星形总线接口Profibus-DP主要特性连接西门子设备RS485电平双绞线电缆数据速率可以到12Mbit/s在93.75Kbit/s时电缆长度可以到1’200米没有中继器可以连接32个点每一个主站可以连接124个点在12Mbit/sand32participants的响应时间可以达到1ms总线接口CANopen主要特性汽车行业多用博世的总线基于RS485的电平,略有延长.数据速率可以达到1Mbit/s电缆长度可以达到1’200m多主结构与高效的沟通,每一个响应都能得到及时的回复可以达到100总线点实时监控最大反应时间130微秒的1Mbit/s和节点＃1机械安装编码器安装类型1:外壳固定，使用柔性联轴器coupling适配器板机械安装编码器安装类型2:外壳固定，使用柔性联轴器伺服法兰连轴器机械安装编码器安装类型3:外壳可移动,轴固定，通过销钉力矩安装螺丝(盲孔)力矩销/力矩弹片机械安装编码器安装类型4:外壳可移动,轴固定，通过弹簧力矩安装机械安装编码器寿命的影响轴负载转速温度振动联轴器可以减轻振动，矫正垂直度、同心度不好等问题垂直度矫正同心度矫正lifetime600050004000300020001000020406080100120axialforce=50Nx1’000’000rev.RadialforceinN机械安装柔性轴套编码器的好处安装尺寸小安装灵活机械零点设定更简便轴负载小防止热传导Thankyou!