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增量式旋转编码器原理 绝对型旋转光电编码器

发布时间:2008-09-28
增量式旋转编码器原理  增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系,得到其角度码盘角度位移量增加(正方向)或减少(负方向)。在接合数字电路特别是单片机后,增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。  下面对增量式旋转编码器的内部工作原理(附图)A,B两点对应两个光敏接受管,A,B两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。当角度码盘以某个速度匀速转动时,那么可知输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值相同,同理角度码盘以其他的速度匀速转动时,输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值仍相同。如果角度码盘做变速运动,把它看成为多个运动周期(在下面定义)的组合,那么每个运动周期中输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值仍相同。  通过输出波形图可知每个运动周期的时序为顺时针运动:    A B        逆时针运动:    A B                1 1                        1 1                0 1                        1 0                0 0                        0 0                 1 0                        0 1我们把当前的A,B输出值保存起来,与下一个A,B输出值做比较,就可以轻易的得出角度码盘的运动方向,如果光栅格S0等于S1时,也就是S0和S1弧度夹角相同,且S2等于S0的1/2,那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2,除以所消毫的时间,就得到此次角度码盘运动位移角速度。  S0等于S1时,且S2等于S0的1/2时,1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度,如果S0不等于S1,S2不等于S0的1/2,那么要1个运动周期
一. 绝对型旋转光电编码器 
  对于用旋转编码器测量长度角度,已经使用了几十年,其技术已经相当成熟,而绝对型旋转光电编码器,因其每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆,已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。我公司CONTRINEX的绝对型编码器,已经广泛应用于三峡、南水北调等各个水利项目;宝钢、济钢、武钢等各个钢铁项目;以及各个港口机械、矿山、石油、军事等项目。
  
  绝对单圈编码器:12位4096线(并行输出)、13位8192线(串行输出)
  
  绝对多圈编码器(过360度每个位置仍然唯一不重复):25位,每圈8192线,连续4096圈不重复,串行输出。
  串行输出型除输出绝对信号外,另同时提供增量信号。
  
  另可提供绝对单圈14位16384线/圈、绝对单圈17位13万线/圈;
  
  (单圈多圈)绝对编码器各种总线输出型:Profubus-DP型、DeviceNet型、Can L2型、Interbus型。
二.绝对型编码器的输出及变送
  绝对型编码器因其高精度,输出位数较多,如仍用并行输出,其每一位输出信号必须确保连接很好,对于较复杂工况还要隔离,连接电缆芯数多,由此带来诸多不便和降低可靠性,因此,绝对编码器在多位数输出型,一般均选用串行输出或总线型输出,德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI(同步串行输出),此信号与西门子PLC兼容,而其他PLC还不兼容,连接的模板少。为此,我公司开发了GP1312系列绝对型编码器变送输出仪表,可以多种形式输出:4—20mA输出、RS485输出、开关点输出、并行码输出(此种输出,仪表须紧靠PLC)。
  此系列仪表自1999年济钢、二滩水电站使用至今,已有数百套的应用于全国各个重点工程项目中,深得客户好评。
  
  GP1312标准表:两路4—20mA输出,8个预设位置开关输出,16位并行码输出,LED显示,各种功能换算、设定,包括远程置位、曲线换算、方向比例设定等。
  
  GP1312L表:4—20mA输出,两个预设位置开关。
  
  GP1312R表:RS485输出。
  
  GP1312BS表:两路4—20mA输出(或一路模拟量一路RS485输出),8个电子凸轮开关位输出。
  
  GP1312/C2表:两路编码器信号输入,同步比较纠偏型,除标准表功能以外,还提供两边同步纠偏信号。
三.绝对型旋转编码器的机械安装:
  绝对型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。
  
  高速端安装:安装于动力马达转轴端(或齿轮连接),此方法优点是分辨率高,由于多圈编码器有4096圈,马达转动圈数在此量程范围内,可充分用足量程而提高分辨率,缺点是运动物体通过减速齿轮后,来回程有齿轮间隙误差,一般用于单向高精度控制定位,例如轧钢的辊缝控制。另外编码器直接安装于高速端,马达抖动须较小,不然易损坏编码器。
  
  低速端安装:安装于减速齿轮后,如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端,此方法已无齿轮来回程间隙,测量较直接,精度较高,此方法一般测量长距离定位,例如各种提升设备,送料小车定位等。
  
  辅助机械安装:
  常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等
  收绳机械有弹簧自收绳位移传感器――柔性钢丝绳连接运动物体,钢丝绳盘紧在一个测量轮上,依靠恒力弹簧回收钢丝绳。编码器连接于盘紧测量轮轴端,测量钢丝绳来回运动的旋转角度。一般用于低速、开启频度不高而又较重要的场合(每次开启没有机会找零)。此方法较多用于水闸开度测量,也有用户用于煤气柜高程测量等。
  重锤重力收绳――测量轮与恒力弹簧弹簧型相似,只是钢丝绳的回收力是依靠另一个同轴的盘紧轮挂重锤来回收。
  用收绳位移测量的优点是柔性连接,测量直接而精度高,对运动物体的环境如震动、粉尘、高温水气的场合都能适用。