艾而特浅析光电编码器的分类及原理

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1、概述

光电编码器主要是被用在数控机床、龙门加工中心、控制开关等领域中,光电编码器造型新颖、安装方便、带载能力强,采用防油污密封设计,节能环保,对该机械设备熟悉的小伙伴们应该知道,其又被称为手动脉冲发生器,简称手轮,是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器,是目前应用最多的一种传感器。

2、分类

它主要由光源、码盘、光学系统及电路4部分组成。那下面我们根据不同种类的光电编码器进行说明。

光电编码器组成

一、增量式编码器

它可以将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,旋转增量式编码器以在转动时输出脉冲,通过计数设备来知道其位置。并且位置是从零位标记开始计算的脉冲数量是确定的,当停电后,编码器不能有任何的移动,再次上电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备记忆的零点就会偏移。错误的结果很难发现,如不能准确定位参考点,则不能保证位置的准确性。所以每次操作都要先找参考点。但是这样的编码器它不受停电、干扰的影响。

增量式编码器

增量式编码器可利用光电转换原理输出A、B和Z三组方波脉冲;A、B两组脉冲相位差90度,能够判断出电机的旋转方向,而Z相为每转一圈输出一个脉冲,用于基准点定位。此编码器原理构造简单,机械平均,并且寿命可达几万小时,具有较强的抗干扰能力,可靠性高。但是是无法输出轴转动的绝对位置信息。

二、绝对式编码器

绝对式编码器每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。其位置是由输出代码的读数确定的。当电源断开时,绝对型编码器并不与实际的位置分离。重新上电时,位置读数仍是当前的。

绝对式编码器

绝对编码器能够直接进行数字量大的输出,在码盘上会有若干的码道,码道数就是二进制位数。在每条码道上都会由透光与不透光的扇形区域组成,通过采用光电传感器对信号进行采集。在码盘两侧分别设置有光源和光敏元件,这样光敏元件则能够根据是否接受到光信号进行电平的转换,输出二进制数。并且在不同位置输出不同的数字码。从而可以检测绝对位置。但是分辨率是由二进制的位数来决定的,也就是说精度取决于位数。优点:可以直接读出角度坐标的绝对值,没有累积误差,电源切除后位置信息不会丢失。编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

三、混合式绝对值编码器

混合式绝对值编码器,它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位置,带有绝对信息功能;另一组则完全同增量式编码器的输出信息。

四、旋转变压器

旋转变压器简称旋变,是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的,相比于采用光电技术的编码器而言,具有耐热,耐振。耐冲击,耐油污,甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力。一对极(单速)的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统,应用也最为广泛。

旋转变压器

五、正余弦伺服电机编码器

可以不采用高频率的通讯即可让伺服驱动器获得高精度的细分,这样降低了硬件要求,同时由于有单圈角度信号,可以让伺服电机启动平稳,启动力矩大。

3、光电编码器工作原理

光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置构成,在伺服系统中,光栅盘与电动机同轴致使电动机的旋转带动光栅盘的旋转,再经光电检测装置输出若干个脉冲信号,根据该信号的每秒脉冲数便可计算当前电动机的转速。

光电编码器的码盘输出两个相位差相差90度的光码,根据双通道输出光码的状态的改变便可判断出电动机的旋转方向。

4、光电编码器使用注意事项

光电编码器能否发出理想的转化效果,不仅要看它质量好不好,同时还要看是否有正确使用,以下是光电编码器使用注意事项:

一:如何控制分辨率

这种信号转化设备在使用中一般情况下都是有分辨率差异的,简单的来说就是每圈产生的脉冲数量,不同型号的编码器脉冲数量是不等,通常在6转到5000多转左右,熟悉编码器的小伙伴们应该知道脉冲数越多,分辨率也会相应的越高,但在编码器使用中如果对分辨率控制不好的话,也会影响到信号转换,所以为降低分辨率控制不好带来的误差,各位设备使用者们可通过产品说明书加深对分辨率这块的了解。

二:PLC数据采集

数据测量精准并不代表最终记录下来数据是精准的,为保证记录下来的数据精准度,需要使用到PLC数据采集,一般情况下是利用高速计数模块,在高速计数板卡的作用下,同时通过单片机采集数据,这种数据采集方式又被称为计算机采集。

三:线路连接

线路连接主要以电源连接为重,要知道光电编码器常见的工作电源有三种,每一种不同电源的编码器所对应的PLC工作模式是不同,就拿11V工作电源的编码器来说,在使用中需要使用24V的PLC。

5、总结

人类在工业领域的尝试和创新从来没有停止过,也正是诸如光电编码器这种机器的出现,极大的方便了人类的生产生活,因为光电编码器体积小巧,实用性强,光电编码器还有使用寿命长,使用稳定等优点,被广泛的使用到机械的制造中,在工业生产领域中发挥着重要作用,光电编码器是人类对于工业以及科技的一次发明,极大的方便了机器的顺利运转。

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