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Technical articlesTR帝爾編碼器的詳細(xì)工作原理
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編碼器工作原理
兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件.
旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。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。
增量型編碼器與絕對(duì)型編碼器的區(qū)分
編碼器如以信號(hào)原理來分,有增量型編碼器,絕對(duì)型編碼器。
增量型編碼器 (旋轉(zhuǎn)型)
TR帝爾編碼器的詳細(xì)工作原理工作原理:
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(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),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL為長線差分驅(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),單方向測速。
A.B兩相聯(lián)接,用于正反向計(jì)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(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接,電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0,衰減最小,抗干擾佳,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。
對(duì)于HTL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)300米。
編碼器的定義與功能:
在數(shù)字系統(tǒng)里,常常需要將某一信息(輸入)變換為某一特定的代碼(輸出)。把二進(jìn)制碼按一定的規(guī)律編排,例如8421碼、格雷碼等,使每組代碼具有一特定的含義(代表某個(gè)數(shù)字或控制信號(hào))稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。編碼器有若干個(gè)輸入,在某一時(shí)刻只有一個(gè)輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制碼。如果一個(gè)編碼器有N個(gè)輸入端和n個(gè)輸出端,則輸出端與輸入端之間應(yīng)滿足關(guān)系N≤2n。 例如8線—3線編碼器和10線—4線編碼器分別有8輸入、3位二進(jìn)制碼輸出和10輸入、4位二進(jìn)制碼輸出。
1.4線—2線編碼器
下面分析4輸入、2位二進(jìn)制輸出的編碼器的工作原理。4線—2線編碼器的功能如表5.2.1所示。
根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出邏輯圖如圖5.2.1所示。該邏輯電路可以實(shí)現(xiàn)如表5.2.1所示的功能,即當(dāng)I0~I(xiàn)3中某一個(gè)輸入為1,輸出 Y1Y0即為相對(duì)應(yīng)的代碼,例如當(dāng)I1為1時(shí),Y1Y0為01。這里還有一個(gè)問題請(qǐng)讀者注意。當(dāng)I0為1,I1~I(xiàn)3都為0和I0~I(xiàn)3均為0時(shí)Y1Y0 都是00,而這兩種情況在實(shí)際中是必須加以區(qū)分的,這個(gè)問題留待后面加以解決。當(dāng)然,編碼器也可以設(shè)計(jì)為低電平有效。
2.鍵盤輸入8421BCD碼編碼器:
計(jì)算機(jī)的鍵盤輸入邏輯電路就是由編碼器組成。圖5.2.2是用十個(gè)按鍵和門電路組成的8421碼編碼器,其功能如表5.2.2所示, 其中S0~S9代表十個(gè)按鍵,即對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)0~9的輸入鍵,它們對(duì)應(yīng)的輸出代碼正好是8421BCD碼,同時(shí)也把它們作為邏輯變量,ABCD 為輸出代碼(A為最高位),GS為控制使能標(biāo)志。
對(duì)功能表和邏輯電路進(jìn)行分析,都可得知:①該編碼器為輸入低電平有效;②在按下S0~S9中任意一個(gè)鍵時(shí),即輸入信號(hào)中有一個(gè)為有效電平時(shí),GS=1,代表有信號(hào)輸入,而只有S0~S9均為高電平時(shí)GS=0,代表無信號(hào)輸入,此時(shí)的輸出代碼0000為無效代碼。由此解決了前面提出的如何區(qū)分兩種情況下輸出都是全0的問題。
綜上所述,對(duì)編碼器歸納為以下幾點(diǎn):
1.編碼器的輸入端子數(shù)N(要進(jìn)行編碼的信息的個(gè)數(shù))與輸出端子數(shù)n(所得編碼的位數(shù))之間應(yīng)滿足關(guān)系式N≤2n。
2.編碼器的每個(gè)輸入端都代表一個(gè)二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)或其它信息符號(hào),而且在N個(gè)輸入端中每次只允許有一個(gè)輸入端輸入信號(hào)(輸入低電平有效或輸入高電平有效),輸出為相應(yīng)的二進(jìn)制代碼或二-十進(jìn)制代碼(BCD碼)。
3.正確使用編碼器的控制端,可以用來擴(kuò)展編碼器的功能。
一、光電編碼器的工作原理
光電編碼器,是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器,光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸,電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn),經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號(hào),其原理示意圖如圖1所示;通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外,為判斷旋轉(zhuǎn)方向,碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號(hào)。
根據(jù)檢測原理,編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式,可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。
(一)增量式編碼器
增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相;A、B兩組脈沖相位差90o,從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向,而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖,用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單,機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。
(二)絕對(duì)式編碼器
絕對(duì)編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器,在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道,每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成,相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系,碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù),在碼盤的一側(cè)是光源,另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件;當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí),各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào),形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器,在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然,碼道越多,分辨率就越高,對(duì)于一個(gè)具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器,其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。
絕對(duì)式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制(葛萊碼)方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。絕對(duì)式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形,絕對(duì)編碼器可有若干編碼,根據(jù)讀出碼盤上的編碼,檢測絕對(duì)位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。它的特點(diǎn)是:
1.可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值;
2.沒有累積誤差;
3.電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的,也就是說精度取決于位數(shù),目前有10位、14位等多種。
(三)混合式絕對(duì)值編碼器
混合式絕對(duì)值編碼器,它輸出兩組信息:一組信息用于檢測磁極位置,帶有絕對(duì)信息功能;另一組則*同增量式編碼器的輸出信息。
光電編碼器是一種角度(角速度)檢測裝置,它將輸入給軸的角度量,利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量,具有體積小,精度高,工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。
二、光電編碼器的應(yīng)用電路
(一)EPC-755A光電編碼器的應(yīng)用
EPC-755A光電編碼器具備良好的使用性能,在角度測量、位移測量時(shí)抗干擾能力很強(qiáng),并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào),且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被測量的數(shù)字信號(hào)。因此,我們?cè)谘兄破囻{駛模擬器時(shí),對(duì)方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量選用EPC-755A光電編碼器作為傳感器,其輸出電路選用集電極開路型,輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈,考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的,既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn),也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路,鑒相電路用1個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)與非門組成,計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成編碼器有什么作用
TR帝爾編碼器的詳細(xì)工作原理編碼器用于測量速度,位置,速度或角度等物理量。它是把機(jī)械位移量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器,分為增量型和絕對(duì)值兩種。增量型編碼器產(chǎn)生脈沖信號(hào),利用脈沖數(shù)可測量速度,長度或位置。對(duì)于絕對(duì)性編碼器,每一個(gè)位置對(duì)于一個(gè)位移的數(shù)字量數(shù)值。編碼器內(nèi)部有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(碼盤),帶有若干個(gè)透明和不透明的窗口,用光電接收器收集斷續(xù)的光束,這樣,就把光脈沖轉(zhuǎn)換成了電脈沖,然后由電子輸出線路進(jìn)行處理并輸出。