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编码器性能特点及常用类型有哪些?

作者:小时 浏览:85 发表时间:2020-09-29 15:43:35

编码器性能特点及常用类型有哪些?


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。在多种应用中,旋转编码器都是组成运动控制反馈回路的关键元器件,包括工业自动化设备和过程控制、机器人技术、医疗设备、能源、航空航天等。作为将机械运动转换为电信号的器件,编码器可为工程师提供位置、速度、距离和方向等基本数据,用以优化整个系统的性能。

光学式、磁式和电容式是可供工程师使用的三种主要编码器技术。不过,要确定哪种技术最适合最终应用,还需要考虑一些因素。为了帮助工程师选型,本文将概述光学式、磁式和电容式三种编码器技术,并且略述各种技术的利弊权衡。

光电编码器一直是运动控制应用市场的畅销选择。它由LED光源(通常是红外线光源)和光电探测器组成,位于编码器码盘的两边。代号板由塑料或玻璃制成,间隔排列一系列均匀和不均匀的线条或凹槽。当码盘旋转时,码盘之上间隔排列的线或槽阻挡LED光路,从而产生两个典型的方波a和B正交脉冲,可用来确定轴的旋转和速度。

编码器技术的优缺点

光电编码器典型的a、B正交脉冲,包括折射率脉冲。虽然光电编码器得到了普遍的应用,但仍存在一些缺陷。在工业应用等余尘和肮脏的环境之中,污染物会积聚在编码器之上,从而阻止LED光传输到光学传感器。由于被污染的码盘会导致方波不时隔或全然丢失,轻微影响了编码器的可靠性和精度。LED的寿命庞大,最终会烧毁,导致编码器失效。另外,玻璃或塑料码盘难因振动或激进温度而损坏,限制了光电编码器在严峻环境之下的应用范围;将光电编码器装配在电机之上不仅耗时,而且污染风险较小。最终,如果光编码器的分辨率很低,它将消耗超过100毫安的电流,这将进一步影响其在移动设备或电池供电设备之中的应用。

编码器的性能特点和常用类型是什么?

磁编码器

磁编码器的结构与光学编码器相近,但它使用磁场代替光束。磁编码器是用磁编码器代替带槽光电编码器。磁编码器具有间隔排列的磁极,在一排霍尔效应传感器或磁阻传感器之上旋转。编码器的任何旋转都会使这些传感器做出响应,产生的信号将被传输到信号调节前端电路,以确定轴的位置。与光学编码器相比,磁编码器具有轻巧、抗振动、抗冲击等优点。而且,在遇到灰尘、污垢、油污等污染物的情况之下,光编码器的性能会大大降低,但磁性编码器不会受到影响,因此非常适合严峻环境的应用。

然而,电机(尤其是步进电机)产生的电磁干扰会对磁编码器产生很小的影响,温度的变化也会引起位置漂移。另外,磁编码器的分辨率和精度都比较高,远远低于光学编码器和电容式编码器。

电容式编码器主要由转子、特定发射机和特定接收机三部分组成。电容传感采用条形或线性模式,其中一个电极位于特定元件之上,另一个电极位于移动元件之上,形成可变电容器,并配置为一对接收器发射器。转子上刻有正弦波图案,当电机维旋转时,会产生一种特定但可预测的信号。然后通过编码器的车载ASIC对信号进行转换,以计算轴的位置和旋转方向。

电容式编码器的优点

电容式编码器的工作原理与数字游标卡尺相近,因此它提供的解决方案克服了光磁编码器的诸多缺点。实践证明,这种基于电容的技术应用于Cui系列AMT编码器具有可靠性低、精度低的特点。由于电容式编码器不需要LED或视线,即使遇到会对光电编码器产生有利影响的环境污染物(如灰尘、污垢和油渍),电容式编码器也能达到预期的效果。另外,与光学编码器之中使用的玻璃编码器相比,它易于受到振动,温度极高极高。如上所述,电容式编码器的使用寿命通常比光学编码器的寿命长,因为LED没有烧坏。因此,电容式编码器具有更大的封装尺寸和更大的电流消耗,整个分辨率范围仅为6到18毫安,这使得它更适合电池供电的应用。由于电容技术的稳定性、精度和分辨率都比磁编码器低,因此后者所面临的电磁干扰和电噪声对其影响不小。

在灵活性和可编程性方面,电容式编码器的数字特性也能带来关键优势。由于光编码器或磁编码器的分辨率由编码盘决定,当需要其他分辨率时,每次都要使用全新的编码器,从而增加了设计和制造过程的时间和成本。然而,电容式编码器有一系列可编程的分辨率,这就省去了设计师每次需要全新分辨率时更换编码器的困难。这不仅减少了库存,而且简化了PID控制回路的微调和系统优化。当涉及无刷直流电机换相时,电容编码器允许数字对准和索引脉冲设置,这可能是重复和耗时的光学编码器。内置的诊断功能使设计人员能够进一步访问系统数据,以优化系统或进行现场故障排除。


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