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增量式編碼器工作原理
增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過兩個光敏接收管來轉(zhuǎn)化角度碼盤的時序和相位關系,得到角度碼盤角度位移量的增加(正方向)或減少(負方向)。
增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理如下圖所示。
圖中A、B兩點的間距為S2,分別對應兩個光敏接收管,角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。
當角度碼盤勻速轉(zhuǎn)動時,可知輸出波形圖中的S0:S1:S2比值與實際圖的S0:S1:S2比值相同,同理,當角度碼盤變速轉(zhuǎn)動時,輸出波形圖中的S0:S1:S2比值與實際圖的S0:S1:S2比值仍相同。
通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序為:
我們把當前的A、B輸出值保存起來,與下一個到來的A、B輸出值做比較,就可以得出角度碼盤轉(zhuǎn)動的方向,
如果光柵格S0等于S1時,也就是S0和S1弧度夾角相同,且S2等于S0的1/2,那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2,再除以所用的時間,就得到此次角度碼盤運動的角速度。
S0等于S1時,且S2等于S0的1/2時,1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度,如果S0不等于S1,S2不等于S0的1/2,那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。
我們常用的鼠標的滾輪也是這個原理。
實際使用的增量式編碼器輸出三組方波脈沖A、B和Z(有的叫C相)相。A、B兩組脈沖相位差90º,可以判斷出旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度。而Z相脈沖又叫做零位脈沖(有時也叫索引脈沖),為每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈沖,Z相脈沖代表零位參考位,通過零位脈沖,可獲得編碼器的零位參考位,專門用于基準點定位,如下圖所示。
增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時,有相應的脈沖輸出,其計數(shù)起點可以任意設定,可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)動一圈會輸出固定的脈沖數(shù),脈沖數(shù)由編碼器碼盤上面的光柵的線數(shù)所決定,編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少通或暗的刻線稱為分辨率,也稱解析分度、或稱作多少線,一般在每轉(zhuǎn)5~10000線,當需要提高分辯率時,可利用90度相位差的A、B兩路信號進行倍頻或者更換高分辯率編碼器。
增量型編碼器精度取決于機械和電氣的因素,這些因素有:光柵分度誤差、光盤偏心、軸承偏心、電子讀數(shù)裝置引入的誤差以及光學部分的不精確性,誤差存在于任何編碼器中。
編碼器的信號輸出有正弦波(電流或電壓)、方波(TTL、HTL)等多種形式。并且都可以用差分驅(qū)動方式,含有對稱的A+/A-、B+/B-、Z+/Z-三相信號,由于帶有對稱負信號的連接,電流對于電纜貢獻的電磁場為0,信號穩(wěn)定衰減小,抗干擾*,可傳輸較遠的距離,例如:對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達150米。對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達300米。
增量式編碼器的應用
增量式光電編碼器的特點是每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應于一個增量位移,但是不能通過輸出脈沖區(qū)別出在哪個位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號, 其作用是提供一種對連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化(速度)的傳感方法,它是相對于某個基準點的相對位置增量,不能夠直接檢測出軸的位置信息。
增量式編碼器主要應用于數(shù)控機床及機械附件、機器人、自動裝配機、自動生產(chǎn)線、電梯、紡織機械、縫制機械、包裝機械(定長)、印刷機械(同步)、木工機械、塑料機械(定數(shù))、橡塑機械、制圖儀、測角儀、療養(yǎng)器雷達等。
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