旋轉(zhuǎn)編碼器知識大全
旋轉(zhuǎn)編碼器*概述 旋轉(zhuǎn)式編碼器,是將旋轉(zhuǎn)的機械位移量轉(zhuǎn)換為電氣信號,對該信號進行處理后檢測位置速度等的傳感器。檢測直線機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原理的精密測量角位移的傳感器,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出同頻率的電壓,但相位或幅值隨轉(zhuǎn)子和定子的相對位移而變化。感應電壓經(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(**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。旋轉(zhuǎn)編碼器一般說來有增量式旋轉(zhuǎn)編碼器,**式旋轉(zhuǎn)編碼器,正弦輸出旋轉(zhuǎn)編碼器,馬達旋轉(zhuǎn)編碼器這幾種!一般很多**的煤礦在井下電動機的控制的時候采用PLC系統(tǒng)的時候有應用。
旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時,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。該信號經(jīng)后繼電路處理后,輸出脈沖或代碼信號。旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置,光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖以數(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),幾十個到幾千個都有,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。
旋轉(zhuǎn)編碼器*工作原理
由一個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組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度),將C、D信號反向,疊加在A、B兩相上,可增強穩(wěn)定信號;另每轉(zhuǎn)輸出一個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數(shù)量級,塑料碼盤是經(jīng)濟型的,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。 信號輸出 信號輸出有正弦波(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(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出,編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。
信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機,PLC和計算機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,用于單方向計數(shù),單方向測速。
A.B兩相聯(lián)接,用于正反向計數(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,由于帶有對稱負信號的連接,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,因此其抗干擾能力強,可傳輸較遠的距離。
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。
旋轉(zhuǎn)編碼器由精密器件構(gòu)成,故當受到較大的沖擊時,可能會損壞內(nèi)部功能,使用上應充分注意。
旋轉(zhuǎn)編碼器*優(yōu)勢
①根據(jù)軸的旋轉(zhuǎn)變位量進行輸出 通過聯(lián)合器與軸結(jié)合,能直接檢測旋轉(zhuǎn)位移量。;
②啟動時無需原點復位。(僅**型) **型的情況下,將旋轉(zhuǎn)角度作為**數(shù)值進行并列輸出。
③可對旋轉(zhuǎn)方向進行檢測。 增量型中可通過A相和B相的輸出時間,**型中可通過代碼的增減來掌握旋轉(zhuǎn)方向。
④請根據(jù)豐富的分辨率和輸出型號,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)編碼器是集光機電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時,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。該信號經(jīng)后繼電路處理后,輸出脈沖或代碼信號。其特點是體積小,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,可靠使用壽命長等特點。
1、增量式編碼器
增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時,有相應的相位輸出。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數(shù)器來實現(xiàn)。其計數(shù)起點可任意設定,并可實現(xiàn)多圈的無限累加和測量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的Z信號,作為參考機械零位。當脈沖已固定,而需要提高分辨率時,可利用帶90度相位差A,B的兩路信號,對原脈沖數(shù)進行倍頻。
2、**值編碼器
**值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時,有與位置一一對應的代碼(二進制,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,而無需判向電路。它有一個**零位代碼,當停電或關(guān)機后再開機重新測量時,仍可準確地讀出停電或關(guān)機位置地代碼,并準確地找到零位代碼。一般情況下**值編碼器的測量范圍為0~360度,但特殊型號也可實現(xiàn)多圈測量。
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)別在于輸出信號是正弦波模擬量信號,而不是數(shù)字量信號。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領域的需要-用作電動機的反饋檢測元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎上,人們需要提高動態(tài)特性時可以采用這種編碼器。
為了保證良好的電機控制性能,編碼器的反饋信號必須能夠提供大量的脈沖,尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時候,采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖,從許多方面來看都有問題,當電機高速旋轉(zhuǎn)(6000rpm)時,傳輸和處理數(shù)字信號是困難的。在這種情況下,處理給伺服電機的信號所需帶寬(例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000)將很容易地超過MHz門限;而另一方面采用模擬信號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的內(nèi)插法,它為旋轉(zhuǎn)角度提供了計算方法。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個正弦波編碼器中,獲得每轉(zhuǎn)超過1000,000個脈沖。接受此信號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
■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),對于光學式旋轉(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*大等分數(shù)。**值型不以脈沖形式輸出,而以代碼形式表示當前主軸位置(角度)。與增量型不同,相當于增量型的“輸出脈沖/轉(zhuǎn)” 。
■光柵
光學式旋轉(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,在此上面沒有透明線條(槽)。槽數(shù)少的場合,可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。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,因此在使用上請注意,不要將沖擊直接施加于編碼器上。
■*大響應頻率
是在1秒內(nèi)能響應的*大脈沖數(shù)
(例:*大響應頻率為2KHz,即1秒內(nèi)可響應2000個脈沖)
公式如下
*大響應轉(zhuǎn)速(rpm)/60×(脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))=輸出頻率Hz
■*大響應轉(zhuǎn)速
是可響應的*高轉(zhuǎn)速,在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖可響應公式如下:
*大響應頻率(Hz)/ (脈沖數(shù)/轉(zhuǎn))×60=軸的轉(zhuǎn)速rpm
■輸出波形
輸出脈沖(信號)的波形。
■輸出電壓
指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請參照輸出電流特性圖
■輸出信號相位差
二相輸出時,二個輸出脈沖波形的相對的的時間差。
■起動轉(zhuǎn)矩
使處于靜止狀態(tài)的編碼器軸旋轉(zhuǎn)必要的力矩。一般情況下運轉(zhuǎn)中的力矩要比起動力矩小。
■軸允許負荷
表示可加在軸上的*大負荷,有徑向和軸向負荷兩種。徑向負荷對于軸來說,是垂直方向的,受力與偏心偏角等有關(guān);軸向負荷對軸來說,是水平方向的,受力與推拉軸的力有關(guān)。這兩個力的大小影響軸的機械壽命
■轉(zhuǎn)速
該速度指示編碼器的機械載荷限制。如果超出該限制,將對軸承使用壽命產(chǎn)生負面影響,另外信號也可能中斷。
■軸慣性力矩
該值表示旋轉(zhuǎn)軸的慣量和對轉(zhuǎn)速變化的阻力
■格雷碼
格雷碼是**數(shù)據(jù),因為是單元距離和循環(huán)碼,所以很**。每步只有一位變化。數(shù)據(jù)處理時,格雷碼須轉(zhuǎn)化成二進制碼。
■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,編碼器不會損壞。當恢復工作溫度又能達到技術(shù)規(guī)范
■工作電壓
編碼器的供電電壓
■工作電流
指通道允許的負載電流。
旋轉(zhuǎn)編碼器*選型指南
一、如何判斷好壞
① 接PLC查看脈沖個數(shù)或碼值是否正確;
② 接示波器查看波形;
③ 用萬用表電壓檔測試輸出是否正常 。
編碼器為NPN輸出時: 測量電源正極和信號輸出線 ,
晶體管置ON時輸出電壓接近供電電壓,
晶體管置OFF時輸出電壓接近0V。
編碼器為PNP輸出時: 測量電源負極和信號輸出線,
晶體管置ON時輸出電壓接近供電電壓,
晶體管置OFF時輸出電壓接近0V
二、選型要素
1.電氣接口,編碼器輸出方式常見有推拉輸出(F型HTL格局),電壓輸出(E),集電極開路(C,常見C為NPN型管輸出,C2為PNP型管輸出),長線驅(qū)動器輸出。其輸出方式應和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。
2.分辨率,即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù),是否知足設計使用精度要求。
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)境防護等級是否知足要求。
4. 附件:耦合器、法蘭盤、伺服裝置用安裝配件
5.保護等級:現(xiàn)場是否有水、油環(huán)境、粉塵環(huán)境等,目前保護構(gòu)造*高為IP65
6.*高響應頻率:選擇的*高響應頻率需要大于對方設備的動作頻率,目前增量型*高為200KHz,**型*高為20KHz
7.*大答應旋轉(zhuǎn)數(shù):選擇的編碼器的*大答應旋轉(zhuǎn)數(shù)需要高于對方設備的旋轉(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,詳細根據(jù)客戶但愿實現(xiàn)什么功能來決定輸出相需要幾相(命名規(guī)則中能體現(xiàn))
9. 輸出代碼:二進制、BCD碼、格雷二進制碼(命名規(guī)則中能體現(xiàn))
10. 輸出形式:NPN集電極開路輸出、PNP集電極開路輸出、互補輸出、電壓輸出、線性驅(qū)動輸出。根據(jù)后續(xù)設備輸入能接收什么信號來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,無需配耦合器,直接可以套在對方設備上使用
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,用于和對方設備進行耦合
15.外觀大小:φ20mm、φ25mm、φ40mm、φ50mm、φ55mm、φ60mm,安裝編碼器時需考慮(命名規(guī)則中能體現(xiàn))
旋轉(zhuǎn)編碼器*安裝步驟
請牢固安裝你的編碼器 ,以免震動而松動.
當編碼器的軸和機器軸聯(lián)結(jié)時,請確保軸的負載不能超過它的*大允許值.
當編碼器的軸通過聯(lián)軸器和機器的軸聯(lián)結(jié)時,請確保沒有偏差.
請不要用剛性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié).
請鎖緊聯(lián)軸器的螺絲以免在使用過程松動.
請選擇合適的聯(lián)軸器,因為聯(lián)軸器的重量也是增加軸的負載.
當用傳送帶聯(lián)結(jié)時,請用定時傳送帶,否則傳送的角度不**.
當使用定時穿送帶時,確保傳送帶的張力是合適的.在使用過程中請注意皮帶安裝和松脫.
請避免在旋轉(zhuǎn)過程中徑向負載導致皮帶輪的震動和偏差.
當編碼器的軸和機器的軸用齒輪聯(lián)結(jié)時,請避免徑向負載導致齒輪的部分或整體震動.
請不要通過聯(lián)軸器,傳送帶和齒輪來敲擊編碼器.
軸的聯(lián)結(jié)震動應該控制在0.1 T.I.R.
安裝注意事項:
安裝時不要給軸施加直接的沖擊。
編碼器軸與機器的連接,應使用柔性連接器。在軸上裝連接器時,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荷還大的負荷,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。如軸承負荷比規(guī)定荷重小,可大大延長軸承壽命。
不要將旋轉(zhuǎn)編碼器進行拆解,這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長期浸在水、油中,表面有水、油時應擦拭干凈。
關(guān)于配線和連接:
誤配線,可能會損壞內(nèi)部回路,故在配線時應充分注意
① 配線應在電源OFF狀態(tài)下進行,電源接通時,若輸出線接觸電源,則有時會損壞輸出回路。
② 若配線錯誤,則有時會損壞內(nèi)部回路,所以配線時應充分注意電源的極性等。
③若和高壓線、動力線并行配線,則有時會受到感應造成誤動作成損壞,所以要分離開另行配線。
④ 延長電線時,應在10m以下。并且由于電線的分布容量,波形的上升、下降時間會較長有問題時,采用施密特回路等對波形進行整形。
⑤ 為了避免感應噪聲等,要盡量用*短距離配線。向集成電路輸入時,特別需要注意。
⑥ 電線延長時,因?qū)w電阻及線間電容的影響,波形的上升、下降時間加長,容易產(chǎn)生信號間的干擾、串音,因此應用電阻小、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)動直線位移的動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)箱與動力裝置聯(lián)軸。
3,使用在直齒條上轉(zhuǎn)動的齒輪來傳遞直線位移信息。
4,在傳動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)編碼器來探測直線位移信息(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的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測直線位移信息(目前德國有類似產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)復雜,幾乎無疊層卷繞誤差)。